油气藏评价与开发 ›› 2023, Vol. 13 ›› Issue (3): 269-297.doi: 10.13809/j.cnki.cn32-1825/te.2023.03.001
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李士伦(),汤勇,段胜才,秦佳正,陈一诺,刘雅昕,郑鹏,赵国庆
收稿日期:
2023-02-15
出版日期:
2023-06-26
发布日期:
2023-06-26
作者简介:
李士伦(1935—),男,教授,博士生导师,享受国务院特殊津贴的突出贡献专家,石油工业突出贡献教育专家,从事气田、凝析气田开发,注气提高石油采收率等油气田开发工程领域的研究工作。地址:四川省成都市新都区新都大道8号西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,邮政编码:610500。E-mail:基金资助:
LI Shilun(),TANG Yong,DUAN Shengcai,QIN Jiazheng,CHEN Yinuo,LIU Yaxin,ZHENG Peng,ZHAO Guoqing
Received:
2023-02-15
Online:
2023-06-26
Published:
2023-06-26
摘要:
CCUS是实现碳中和目标的重要技术手段,目前中国正处于“双碳”目标的落实阶段,在CO2地质封存的经济界限评价、源汇优化和安全监测方面还缺乏成熟的技术体系。从封存技术经济界限、源汇匹配技术、封存安全性及监测3个方面总结了中国CO2地质封存技术发展历程。回顾了CCUS技术在捕集、运输、注入封存阶段的经济成本,进一步总结了目前各阶段的技术经济界限及其影响因素。此外,通过总结国内外CCUS源汇匹配技术发展现状,明确了中国源汇特征及其分布,提出了进一步开展源汇匹配优化技术的发展方向。最后,通过总结CO2地质封存安全风险评价及封存监测技术,明确了经济高效、有效、定量的监测方法是未来的研究重点。
中图分类号:
李士伦,汤勇,段胜才,秦佳正,陈一诺,刘雅昕,郑鹏,赵国庆. CO2地质封存源汇匹配及安全性评价进展[J]. 油气藏评价与开发, 2023, 13(3): 269-297.
LI Shilun,TANG Yong,DUAN Shengcai,QIN Jiazheng,CHEN Yinuo,LIU Yaxin,ZHENG Peng,ZHAO Guoqing. Progress in source-sink matching and safety evaluation of CO2 geological sequestration[J]. Petroleum Reservoir Evaluation and Development, 2023, 13(3): 269-297.
表1
CO2安全封存的评价指标及内涵[47]"
评价对象 | 指标 | 指标内涵 |
---|---|---|
盆地 | 构造特征 | 构造必须稳定,地震活动少,如前陆盆地,内克拉通盆地等 |
水动力条件 | 水动力系统应具有埋藏深、区域具有一定规模的特点,同时受控于地形、地貌起伏特征 | |
地热特征 | 冷盆比热盆更利于CO2以高密度埋存,增加埋存量 | |
勘探程度 | 盆地勘探程度高,具有开发井等详细资料,可为CO2泄漏监控提供可靠资料 | |
地质体 | 构造条件 | 断层、裂缝不发育,斜坡带是有利区带 |
盖层条件 | 为保证长期封存CO2,盖层厚度、完整性条件非常重要 | |
规模条件 | 需具有区域规模 | |
埋深条件 | 埋深需要满足CO2在地下处于临界或超临界状态,同时保证淡水资源的安全 | |
孔渗条件 | 需具备高孔隙度、高渗透率特征,以保证CO2的注入和埋存 | |
流体性质 | 溶解埋存、矿化反应是CO2地下埋存的重要形式,需考虑地层水的矿化度条件 | |
骨架矿物 | 储集层条件下CO2与骨架矿物发生化学反应,形成新的稳定矿物,是CO2安全埋存的重要形式,埋存量受骨架矿物成分控制 |
表2
CO2驱油及封存的地质安全界限"
阶段 | 特点 | 泄漏路径 | 控制因素 | 地质安全界限 | |
---|---|---|---|---|---|
距离断层一个井距以内 | 距离断层一个井距以外 | ||||
CO2驱油阶段 | CO2沿相对高渗透带 优先流入采油井井底 | 开启断层、破裂盖层 | 断层的重开启压力、盖层的破裂压力 | pgi<pfr, pgi<pcf | pgi<pcf |
CO2注入阶段 | CO2通过注入井 注入储层 | 开启断层、破裂盖层、断层岩、盖层 | 断层的重开启压力、盖层的破裂压力、断层岩纵向封堵压力、盖层封堵压力 | pgi<min(pfr,pcf), p<min(pfvs,pcf) | pgi<min(pcf,pcs) |
CO2封存阶段 | CO2充满油藏储层 | 开启断层、破裂盖层、断层岩、盖层、溢出点 | 断层的重开启压力、盖层的破裂压力、断层岩纵向封堵压力、盖层封堵压力、油藏最大容量 | p<min(pfr,pcs), p<min(pfvs,pcs), Qs<Qp |
表3
不同封堵CO2泄漏监测方法的对比[36]"
监测方法 | 被测对象 | 测量类型 | 测量位置 | 定位功能 | 检测精度 | 区分CO2来源 | 泄漏量获得 | 测量周期 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
IRGA(红外气体分析仪检测技术) | CO2体积分数 | 点测量 | 地表以上 | 可确定单点 位置 | 正负 0.2 mL/m3 | 不能 | 间接得到 | 定期或连续 |
LOIR(长程开放路径红外探测和调制激光检测技术) | CO2沿程平均体积分数 | 线测量(几十米至几千米) | 地表以上 | 可根据单个装置位置定位 | 小于 1 mL/m3 | 不能 | 间接得到 | 定期或连续 |
AC(集聚 气室检测 方法) | CO2小空间平均通量密度 | 小空间测量/cm2 | 地表及地表浅层 | 可根据单个气室位置定位 | 满量程的正负10 %以内 | 不能 | 直接得到 | 定期或连续 |
EC(涡量 相关监测 方法) | CO2大空间平均通量密度 | 大空间监测(几平方米到几千平方米) | 地表以上 | 可根据大气条件估算定位 | 正负 5 %~30 % | 不能 | 直接得到 | 定期或连续 |
测井微震法 | 地下流体流动 状态 | 地质层大范围扫描(几平方米到几百平方米) | 地表以下 | 可根据波动图像判断定位 | 能 | 不能得到 | 定期 | |
无线传感器网络 | 依赖传感器节点功能 | 超大范围 (几千平方米) | 地表以上 | 精确定位 | 依赖节点 设计 | 依赖算法 | 直接得到 | 连续 |
LJDAR (激光雷达检测技术) | CO2大空间平均体积分数 | 大空间距离 (几米到几千米) | 地表以上 | 可根据仪器位置定位 | 小于 1 mL/m3 | 不能 | 间接得到 | 定期或连续 |
超光谱成像 | 地面植被生长 状况 | 大范围 (整个大陆面积) | 地表以上 | 可根据成像 判断 | 误差小于20 % | 能 | 不能得到 | 定期 |
示踪剂法 | 示踪剂含量 | 点测量 | 地表以上 | 可根据取样位置定位 | 依赖示踪剂检测精度 | 能 | 间接得到 | 定期 |
碳同位素 检测 | 碳同位素值 | 点测量 | 地表以上或地表浅层 | 可根据取样位置定位 | 最大精度可达0.06 % | 间接得到 | 定期 |
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