CO2地质封存讲解

华中科技大学研究生课程考试答题纸课程名称：碳捕集、利用与封存课程类别

□□开卷口硕士生

考核形式□闭卷—学生类别□博士生

考试日期2015.12.24 学生所在院系能源学院

学号—姓名—任课教师

在地下。CO2在深部盐水层中埋存的主要机理有四个：结构或地质封存、孔隙封存、溶解封存以及矿化封存。结构或地层封存主要是指上部的盖层或储层中的泥浆挡住了CO2上浮的通道，阻止CO2逃逸；孔隙封存主要是指CO2通过部分置换已经存在的流体来挤占并充满岩石中的孔隙，毛管力提供的俘获作用可将CO留在储层构造的孔隙中；溶解封存主要是指CO2可溶于水；矿化封存主要是指CO2与岩石中的矿物质及部分例子反应，经过数百万年，部分注入的

CO2将转化为坚

固的碳酸盐矿物质。

（2）石油和天然气储层用于提高采收率（EOR&EGR ）在石油和天然气储层中，用注入的CO2置换现场流体可为封存CO2提供大部分孔隙容积。提高采收率（EOR ）方法的发展同原油驱替流体的开发密切相关：11 ：。CO2驱油可分为非混相驱和混相驱两种驱动类型。CO2非

混相驱的主要驱油机理是降低原油粘度，使原油体积膨胀，减小界面张力等。当地层及流体的性质不适合采用非混相驱时，应用CO2非混

相驱能够大大提高驱油效率，从而达到提高采收率的目的。适合CO2

非混相驱的油藏类型主要包括：压力衰竭的低渗透油藏，高倾角、垂向渗透率高的油藏，重油或高黏油油藏。CO2混相驱替过程中，CO2

抽提原油中的轻质成分或使其气化，从而实现混相，这是CO2驱的最

重要的提高采收率的机理。当原油与CO2形成混相时，缩小了原油与CO2的粘度比，有效减弱了CO2的粘度指进，提高了驱油效率。混相驱的驱油效率一般比非混相驱高一倍左右。CO2混相驱在浅层、深层、致密层、高渗透层、碳酸盐层、砂岩中都有应用的实例。CO2混相驱

适合的油藏主要有水驱效果差的低渗透油藏，水驱枯竭的砂岩油藏，接近开采经济极限的深层、轻质油藏、多盐丘油藏。目前，在加拿大的Weyburn油田正在实施有IEA领导的EOR检测项目。

据《油气杂志》据《油气杂志》2006年统计，全球实施CO2-EOR 项目共有94个，其中，美国82个（80个混相驱，2个非混相驱），加拿大6个，特立尼达5个，土耳其1个。可以看出，CO2-EOR技术的应用主要集中在美国，其年产油量为1186X104t/a,占世界CO2-EOR 总产量的94.2%。由于美国天然二氧化碳气体资源丰富，从20世纪70 年代就开始了CO2的开发利用，提高采收率就是最主要的方面。理论上，C02混相驱可使最终采收率达90%以

(3)不可开采的煤层用于提高煤层气的采收率(ECBM )向不宜开采的深煤层中注入CO2，利用CO2在煤体表面的被吸附能力是CH4 的2倍的特点来驱替吸附在煤层中的煤层气，可以同时达到提高煤层气的采收率和埋存CO2的目的。假设煤床有充分的渗透性且这些煤炭以后不可能开采，那么该煤床也可能用于圭寸存CO2。当CO2被偏好吸

收的煤或有机物丰富的页岩吸附，开始置换甲烷类气体，在这种情况下，只要压力和温度保持稳定，那么CO2将长期保持俘获状态。目前为止，在煤床中封存CO并提高甲烷生产的方案已经处在示范阶段。4.世界部分CO2地质封存项目简介：10：

(1)工业项目

①挪威国家石油公司在北海开展的Sleipner天然气田的CCS项目运行时间最长。该气田于1996年投产，建有世界上第一个工业级二氧化碳捕获设施，是世界上第一个用于温室气体减排目标的二氧化碳封存项目。该项目用醇胺溶剂从天然气中吸收二氧化碳，通过回注钻孔封存于海床3000ft (914m之下的含盐咸水底层中，处理能力约为100X l04t/a。12年中累计减排二氧化碳1000X l04t/a。研究表明，储存的二氧化碳没有异常活动，也没有泄漏迹象。

②加拿大的Weyburn项目始于2000年，位于加拿大Saskatchewan 省东南部的Weyburn油田。圭寸存的二氧化碳是从约200mile

(1mile=1.609344km)之外的美国北达科他州Beulah的大型煤气化装置中捕获并输送过来的，用于提高油田采收率，目前每年注入的二氧化碳约为150X104t。

(2)研究项目

①中国-欧盟二氧化碳捕集和封存合作项目：14[:中欧碳捕集与封存合作项目旨在提供技术指导，并与2010年之前在中国设计一座燃煤电厂，进行二氧化碳捕集与封存。项目与2006年11月在北京正式启动，是欧盟第六框架计划可持续能源体系下的合作项目。项目主要活动包括在燃煤电厂申请碳捕集

技术、评估中国二氧化碳的封存潜能、研究相关法规和融资机制。此外，项目也致力于提高公众意识和碳捕集与封存能力建设。

①地质特征：断层、断裂和不完整等钩子可能形成CO向上运移通道，溢出地表，不利于封存。有一定倾角的底层是CO封存的理想场地，可加强垂向运输，缩短最大水平运移距离，同时可增加残余气

体捕获。

②岩石矿物成分：岩石组成对于CO封存及地质化学反应影响重

大。在地下深部咸水层中，最利于CO地质封存的是砂岩。由于CO的密度小于地层水的密度，因此注入咸水层中的CO会在浮力的作用下

向上移动。这种运动由于受到低渗透性岩层（泥岩薄层）或透镜体（泥岩或页岩透镜体）的遮挡而呈现出不规则性，遇到合适的底层或构造圈闭就会存储起来。

③储层厚度：相比薄层，厚的储层更适宜封存CO,不仅因其有更大的封存容量，同时它还允许不同的注入策略［61。

④孔隙度及渗透性：研究［71表明，平均横向渗透率对CO量和注入能力的影响最大。研究［81建议，适合储存CO的地下咸水体，孔隙度应大于20%渗透系数应大于500mD

⑤盖层封堵性：地下咸水层应具有低渗透性的盖层（如泥岩，页

岩），和允许地下咸水体透过的边界，以便注入的CO得到地下咸水

的置换空间。建议盖层的厚度应大于100m「61。

⑥盖层承压情况：为了保证封存的安全性，避免由于CO的注入导致盖层断裂引起泄露，要求盖层所承受的压力必须大于注入CO所产生的最大压力。

⑦地层水压力：地层水压力过高，导致注入技术要求提高的同时也增加了安全的风险性：61。

（2）废弃油气藏

废弃的油气藏一般是指经过三采以后，丧失进行经济开采效益的油气藏。在废弃油气藏中埋存CO,需要在原有围绕油气勘探和开发的研究工作基础上，重新对储层的沉积类型(碎屑岩或碳酸盐岩)，储层的埋深、厚度和三维几何形态和完整性以及储层的物性和非均质性进行评价，因此，需要注意以下两个问题：

①是否存在强大的蓄水层。在生产油气的过程中，由于压力的作用，蓄水层中的水可以进入储层，从而恢复压力，减少储层空间。同理，若经过二次