深部咸水层CO2地质储存地质安全性评价方法研究

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1、第38卷第3期2011年6月中国地质GEoLoGYINCHINAV01．38。No．3Jun．，2011深部咸水层G02地质储存地质安全性评价方法研究刁玉杰张森琦郭建强李旭峰张徽(中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定071051)提要：CO：地质储存工程属于环保型工程项目，地质安全性是影响CO：长期封存的首要因素。深部咸水层CO：地质储存地质安全性影响因素主要包括盖层适宜性、场地地震安全性、水文地质条件、地面场地地质条件四个方面，其中盖层适宜性是CO：安全储存的最关键因素，场地地震安全性和水文地质条件次之，而地面场地地质条件也是影响工程施工的重要因素。本文基于CO，地

2、质储存的地质安全性影响因素分析，建立了层次分析结构的地质安全性评价指标体系，并初步计算了评价指标的权重：提出可以利用模糊综合评价方法进行深部咸水层CO，地质储存地质安全性综合评价，为中国深部咸水层CO：地质储存的地质安全性评价方法和安全选址指明了方向。关键词：深部咸水层；CO，地质储存；地质安全性；评价；方法中图分类号：P642．5文献标志码：A文章编号：1000—3657(2011)03—0786-071引言准规范Ⅲ。目前．普遍认为CO，地质储存的储集体主要为正在开采或枯竭的油气藏、因经济或技术原因弃采的煤层和深部咸水层。不同于深部咸水层。CO：提高油气、煤层气采收率(co：一

3、EOR或EGR、ECBM)两种储集模式，属于CO：资源利用的范畴，工程实施过程中会有部分的CO：回采出来，并非真正意义上的CO。地质储存。而CO。一旦注入深部咸水层中．其埋存基本不受人为因素和地面因素的影响．CO，地质储存工程场地的地质安全性条件是可能产生CO：泄露通道而影响CO：地质储存工程项目长期安全封存的首要因素。从全球气候变化角度来看，CO：地质储存项目本质上属环保型工程建设项目。从地质安全性角度出发，CO：地质储存场地选址可以借鉴核废料与天然气地下埋存选址方法以及相关的工程建设项目标2深部咸水层CO：地质储存机理深部咸水层CO，地质储存储集体为“不可利用”的深部咸水层，

4、结合《水文地质术语》(GB／T14157—93)的定义以及保护淡水和卤水资源的角度，笔者认为中国适合CO：地质储存的深部咸水层矿化度宜在3．肛50．0g／L。欲实现CO，地质储存必须满足CO，以超临界状态储存于地下。CO，的临界压力为7．38MPa。临界温度为31．1℃．也就是说理论埋藏深度必须≥800m。同时，在存储点附近必须有可供进行大规模CO，存储的优质储层．储层之上必须有稳定的区域性盖层(或隔水层)，以防止CO：的直接泄漏[2,31。碳封存领导人论坛(theCarbonSequestrailonLeadershipForum，CSLF)对C02地质储存机理进行了详细描述，

5、并指出CO：地质储存机理可以分为两收稿日期：2010—09—15；改回日期：2011-01—17基金项目：中国地质调查局地质大调查项目(1212010060302，1212010060304)、中国科技部21世纪议程管理中心中澳二氧化碳地质封存合作(CAGS)目资助。作者简介：刁玉杰，男，1983年生，硕士，助理工程师，主要从事coz地质储存领域的研究；E-mail：diaoyujiel983@163．com。第38卷第3期刁玉杰等：深部咸水层CO：地质储存地质安全性评价方法研究787大类：物理储存和化学储存。其中．物理储存包括构造地层静态储存、束缚气储存和水动力储存；化学储存包

6、括溶解储存和矿化储存。物理捕获主要是通过水动力捕获实现。当CO：被注入到深部储层中．部分CO，将溶解于地层水中．并以溶解态的方式通过分子扩散、分散和对流进行运移，极低的地层水运移速率确保了CO：在地层中的长期(地质时间尺度)储存[4,sl。化学捕获主要通过碳酸盐矿化和碳酸盐岩溶解实现．注入的CO：与储层岩石发生缓慢的化学反应．形成碳酸盐矿物(碎屑岩储层)或HCo；离子(碳酸盐岩储层)，从而把CO，储存下来。CO：的捕获形式与储存时间关系如表1所示[6,71。3CO，泄露通道及环境危害3．1CO，泄露通道2006年IPCC国家温室气体清单指南总结了CO：地质储存潜在的泄漏路径(表2

7、)Esj]。认为CO：可以通过以下途径泄漏：①如果CO：能突破盖层毛细管的吸附压力，那么CO：可以通过盖层的孔隙表1CO：捕获形式与储存时间Table1CaptureformofC02andstoragetimeC02捕获类型注入后稳定的时间，年以微观残余形式存在<10存在于构造中±10以溶解形式存在：t：100发生地球化学反应±1000系统泄漏；②通过盖层中断层和裂缝通道系统泄漏；③通过人为因素，如对废弃井或现有钻井的不封闭处理进行泄漏：④通过储层与周围岩层的水文动力系统进行泄