二氧化碳储藏
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二氧化碳储存
5
武汉大学水利水电学院 2014年3月
二氧化碳储存——主讲提纲
1 2 3 4
研究意义
国内外研究现状 二氧化碳储存技术和成果 问题与展望
研究意义
曾 经
睡的好香啊
现 在
“地毯”都没有, 咋睡觉啊?
研究意义
温室效应(英文：Greenhouse effect)， 又称“花房效应”，是大气保温效应 的俗称。大气能使太阳短波辐射到达 地面，但地表受热后向外放出的大量 长波热辐射线却被大气吸收，这样就 使地表与低层大气温度增高，因其作 用类似于栽培农作物的温室，故名温 室效应。自工业革命以来，人类向大 气中排入的二氧化碳等吸热性强的温 室气体逐年增加，大气的温室效应也 随之增强，已引起全球气候变暖等一 系列严重问题，引起了全世界各国的 关注。 第一个提出温室效应的是法国学者 Jean-Baptiste Joseph Fourier （1768～1830）于1824年提出的。 环境影响 ①全球变暖 ②地球上的病虫害增加 ③海平面上升 ④气候反常 ⑤土地沙漠化
通过管道或船舶将CO2运输到海洋封存地点，从那 里再把CO2注入海洋的水柱体或海底（深度在 1,000米以上）。被溶解和消散的CO2随后会成为 全球碳循环的一部分。
二氧化碳储存技术和成果
海洋封存情景概览
二氧化碳储存技术和成果
海洋封存方法
二氧化碳储存技术和成果
（3）现有著名地质封存项目
1、挪威北海的斯莱普内尔（Sleipner)天 然气田CO2封存项目 2、 加拿大的韦本项目（weyburn)项目。 3、阿尔及利亚的萨拉赫（salah)项目。
EOR则是指“三次采油”即油田的第三个采油阶段， 是指注水之后的开采阶段。 ECBM是指煤层注入二氧化碳提高煤层气采收率技术。
国内外研究现状
目前各国开展的CO2储藏系统的研究工作
我国开展二氧化碳储藏这方面工作起步较晚，目前还处于起步 阶段，现在主要在开发CO2的收集深埋技术。
国内外研究现状 CO2地下储存的实际工程
二氧化碳储存技术和成果
①咸水蓄水层储存
目前研究发现上述存储方式主要有以下两种储存机理
二氧化碳储存技术和成果
二氧化碳储存技术和成果
二氧化碳储存技术和成果
②油田储存
二氧化碳储存技术和成果
③煤层储存
二氧化碳储存技术和成果
（2）海洋封存
海洋占地表的70％以上，海洋的平均深度为3,800 米。由于CO2可在水中溶解，所以大气与水体在海 洋表面不断进行CO2的自然交换，直到达到平衡为 止。
CO2储存综合场所比较
国内外研究现状
国内外研究现状 中国CO2地下储存项目
国内外研究现状 中国CO2地下储存项目
二氧化碳的储存——主讲提纲
1 2 3
研究意义 国内外研究现状 二氧化碳储存技术和成果
4
问题与展望
二氧化碳储存技术和成果
二氧化碳储存技术和成果 CO2储存方式
二 氧 化 碳 的 储 存 方 式
问题与展望
展望
1、加强国际间关于CO2储存的合作和技术交流。 2、在当前国际石油资源短缺的大背景下， CO2_EOR技术更具吸引力，应充分抓住这一机 遇来发展 CO2_EOR技术，积累碳封存方面的 经验。 3、开展科技攻坚，解决封存方面的力学问题和 其他技术问题。
问题与前景
问题与展望
在溶腔的底部，腔体内 压将小于盐岩的自重应力； 而在溶腔的顶部，当腔体内 压达到盐岩自重应力时，蠕 变将停止。如果由于腔体下 部的蠕变使得腔体内压大于 顶板的最小自重应力，在顶 板处将出现环向的拉应力， 导致顶板开裂，CO2就可能 沿裂缝向外渗漏。
问题与展望
盐岩蠕变 国内外很多研究对盐岩的蠕变性能提出了力学模型，通常采 用剪应力的幂函数来表示盐岩的稳态蠕变特性。
问题与展望 ④岩石力学问题 主要包括封存地层的长期力学稳定性问题及 CO2+水+岩的化学耦合作用对岩体的力学性质 及水力学性质的影响。 当 CO2在一定的压力和温度下（如 35 ℃， 15 MPa）以超临界状态注入盐岩溶腔并封 闭后，由于盐岩的自重产生的应力和溶腔内 的压力存在差异，因此，盐岩将出现蠕变， 导致溶腔体积缩小。
问题与展望
喀麦隆尼奥斯湖湖底CO2泄露
问题与展望
②经济问题
注气井的深度控制着储气的成本,井深越大,成本越高。
问题与展望
③法律问题 目前几乎没有哪个国家对CO2封存制定 了具体的法律和框架体系。 任何二氧化碳封存场所的监管框架和责 任都需要明确工业界和政府在场所闭合和永 久退役后的作用和财政责任。 长期的责任问题如:与CO2渗漏到大气有 关的全球问题以及局地对环境影响担心的问 题尚未得到解决。
问题与展望
CO2沿溶腔壁的渗透
图4 球型试件渗透试验结果
图5 球形试验器件示意图
初始的盐岩渗透系数为 K0，横坐标有效应力为盐岩应力减去孔隙压力。 可以看到，当有效应力小于某个特征强度σs 时，盐岩的渗透性基本不变， 但当大于该特征强度后，盐岩中将出现微裂缝，渗透系数逐渐呈非线性 增长的趋势，直到最后渗透系数的增加已无法抑制，即出现贯通的裂缝。
目标层 (砂岩 Sand) 下伏页岩
射孔
深井压裂注入 (SFI) 高压和高速注入 (压裂) 高纯度高压气体 连续循环注入 多相流 专用处理井
二氧化碳储存技术和成果
适宜封存的全球前景沉积盆地区域
在那里可以找到合适的盐沼池地质构造、油田或气田，或煤床。只包括了一部分 可供煤床封存的地点。封存前景是对可能性的一种定性评估，即根据已掌握的信 息在某个特定区域中存在某个适合封存的地点。本图仅作为一个导向，因为它基 于部分数据，其质量可能因区域而异，也可能随时间的推移和新的信息而有所变 化。（《澳大利亚地球科学》提供）
研究意义
三，如何降低二氧化碳的排放量
① 提高现有能源利用效率，降低能耗。 (如：开发AD 600/700℃更高参数的超临 界发电技术)；
② 大力发展其他可再生能源或低碳能源， 如水电、生物质、核能、风能、太阳能等。 ③ 二氧化碳的封存
二氧化碳的储存——主讲提纲
1
研究意义 国内外研究现状 二氧化碳储存技术和成果 问题与展望
深井压裂注入方法
震荡器/计 算机 地表沉积物 (包括淡水)
电缆 页岩
表层套 管 生产套管 注入管
Slurry Fracture Injected (SFI) 砂
岩 封闭层 (页岩) 围堵层 (砂岩 & 页岩)
均质粘 合剂护 层 无收缩或延展粘合 剂. 需承受每天循 环过程的高压 井底压力传感 器 封隔器
2
3 4
国内外研究现状 CO2的来源
CO2的固定源包括大型化石燃料或生物能源设施、 主要CO2排放型工业、天然气生产、合成燃料工厂以 及基于化石燃料的制氢工厂。 CO2的大固定源：世界范围内每年CO2排放量在 10万吨以上的源。
国内外研究现状
CO2大固定源的全球分布情况
国内外研究现状
已经开展封存的国家和进度
研究意义
一、不同时期气候变化特点比较
时期
地质时期
含义
时间跨度最大,变化周期 最长的时期
气候变化特点
冰期(寒冷期)与 间冰期(温暖期)交替 气温波动上升 气温显著升高,1860年以来，全球 平均气温升高了0.6℃
历史时期
距今一万年以来的 时期
最近一二百年的时期
近 代
研究意义
二、我国所面临的二氧化碳排放形势
陆地生态系统储存 生物储存 地质储存 矿物储存 海洋储存
油田储存 煤层储存 咸水蓄水层储层
这篇文章 有详细介绍
二氧化碳储存技术和成果
⑴ 地质封存
二氧化碳储存技术和成果
在这些结构中，储存二氧化碳的沉积岩上部都有盖层。不可开采煤层 目前还只是潜在的一个备选方案，因为它的储存二氧化碳的圈闭机制稍 有不同，有时是填充在煤炭的颗粒当中。
二氧化碳储存技术和成果
二氧化碳的储存——主讲提纲
1
研究意义 国内外研究现状 二氧化碳储存技术和成果 问题与展望
2
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问题与展望
主要问题
①安全问题 ②经济问题 ③法律问题 ④力学问题
① 安全问题：安全问题是CO2封存工程的关键。虽然
现在没有出现CO2泄露的实例报道。但是大量的CO2泄 露会造成重大的环境危害。 例如：1986 年发生在喀麦隆尼奥斯湖湖底的火山喷 发，使得大量堆积在湖底的 CO2被突然释放出来，导致 方圆 25KM范围内的 1700 多人和大量的动物窒息死亡。
球形溶腔单位体积的体积应变率可以表示为
问题与展望
如图 2 所示，开始时( t% <60)压力的增加非常迅速， 但当压力达到的 σ无穷大的90 %时压力的变化就非常 缓慢了，而且溶腔经过长期演变后的腔体内压力与CO2 初始的注入压力P0关系已不大，但对溶腔最后的体积收 缩大小至关重要。
来自百度文库
问题与展望
5
武汉大学水利水电学院 2014年3月
二氧化碳储存——主讲提纲
1 2 3 4
研究意义
国内外研究现状 二氧化碳储存技术和成果 问题与展望
研究意义
曾 经
睡的好香啊
现 在
“地毯”都没有, 咋睡觉啊?
研究意义
温室效应(英文：Greenhouse effect)， 又称“花房效应”，是大气保温效应 的俗称。大气能使太阳短波辐射到达 地面，但地表受热后向外放出的大量 长波热辐射线却被大气吸收，这样就 使地表与低层大气温度增高，因其作 用类似于栽培农作物的温室，故名温 室效应。自工业革命以来，人类向大 气中排入的二氧化碳等吸热性强的温 室气体逐年增加，大气的温室效应也 随之增强，已引起全球气候变暖等一 系列严重问题，引起了全世界各国的 关注。 第一个提出温室效应的是法国学者 Jean-Baptiste Joseph Fourier （1768～1830）于1824年提出的。 环境影响 ①全球变暖 ②地球上的病虫害增加 ③海平面上升 ④气候反常 ⑤土地沙漠化
通过管道或船舶将CO2运输到海洋封存地点，从那 里再把CO2注入海洋的水柱体或海底（深度在 1,000米以上）。被溶解和消散的CO2随后会成为 全球碳循环的一部分。
二氧化碳储存技术和成果
海洋封存情景概览
二氧化碳储存技术和成果
海洋封存方法
二氧化碳储存技术和成果
（3）现有著名地质封存项目
1、挪威北海的斯莱普内尔（Sleipner)天 然气田CO2封存项目 2、 加拿大的韦本项目（weyburn)项目。 3、阿尔及利亚的萨拉赫（salah)项目。
EOR则是指“三次采油”即油田的第三个采油阶段， 是指注水之后的开采阶段。 ECBM是指煤层注入二氧化碳提高煤层气采收率技术。
国内外研究现状
目前各国开展的CO2储藏系统的研究工作
我国开展二氧化碳储藏这方面工作起步较晚，目前还处于起步 阶段，现在主要在开发CO2的收集深埋技术。
国内外研究现状 CO2地下储存的实际工程
二氧化碳储存技术和成果
①咸水蓄水层储存
目前研究发现上述存储方式主要有以下两种储存机理
二氧化碳储存技术和成果
二氧化碳储存技术和成果
二氧化碳储存技术和成果
②油田储存
二氧化碳储存技术和成果
③煤层储存
二氧化碳储存技术和成果
（2）海洋封存
海洋占地表的70％以上，海洋的平均深度为3,800 米。由于CO2可在水中溶解，所以大气与水体在海 洋表面不断进行CO2的自然交换，直到达到平衡为 止。
CO2储存综合场所比较
国内外研究现状
国内外研究现状 中国CO2地下储存项目
国内外研究现状 中国CO2地下储存项目
二氧化碳的储存——主讲提纲
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研究意义 国内外研究现状 二氧化碳储存技术和成果
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问题与展望
二氧化碳储存技术和成果
二氧化碳储存技术和成果 CO2储存方式
二 氧 化 碳 的 储 存 方 式
问题与展望
展望
1、加强国际间关于CO2储存的合作和技术交流。 2、在当前国际石油资源短缺的大背景下， CO2_EOR技术更具吸引力，应充分抓住这一机 遇来发展 CO2_EOR技术，积累碳封存方面的 经验。 3、开展科技攻坚，解决封存方面的力学问题和 其他技术问题。
问题与前景
问题与展望
在溶腔的底部，腔体内 压将小于盐岩的自重应力； 而在溶腔的顶部，当腔体内 压达到盐岩自重应力时，蠕 变将停止。如果由于腔体下 部的蠕变使得腔体内压大于 顶板的最小自重应力，在顶 板处将出现环向的拉应力， 导致顶板开裂，CO2就可能 沿裂缝向外渗漏。
问题与展望
盐岩蠕变 国内外很多研究对盐岩的蠕变性能提出了力学模型，通常采 用剪应力的幂函数来表示盐岩的稳态蠕变特性。
问题与展望 ④岩石力学问题 主要包括封存地层的长期力学稳定性问题及 CO2+水+岩的化学耦合作用对岩体的力学性质 及水力学性质的影响。 当 CO2在一定的压力和温度下（如 35 ℃， 15 MPa）以超临界状态注入盐岩溶腔并封 闭后，由于盐岩的自重产生的应力和溶腔内 的压力存在差异，因此，盐岩将出现蠕变， 导致溶腔体积缩小。
问题与展望
喀麦隆尼奥斯湖湖底CO2泄露
问题与展望
②经济问题
注气井的深度控制着储气的成本,井深越大,成本越高。
问题与展望
③法律问题 目前几乎没有哪个国家对CO2封存制定 了具体的法律和框架体系。 任何二氧化碳封存场所的监管框架和责 任都需要明确工业界和政府在场所闭合和永 久退役后的作用和财政责任。 长期的责任问题如:与CO2渗漏到大气有 关的全球问题以及局地对环境影响担心的问 题尚未得到解决。
问题与展望
CO2沿溶腔壁的渗透
图4 球型试件渗透试验结果
图5 球形试验器件示意图
初始的盐岩渗透系数为 K0，横坐标有效应力为盐岩应力减去孔隙压力。 可以看到，当有效应力小于某个特征强度σs 时，盐岩的渗透性基本不变， 但当大于该特征强度后，盐岩中将出现微裂缝，渗透系数逐渐呈非线性 增长的趋势，直到最后渗透系数的增加已无法抑制，即出现贯通的裂缝。
目标层 (砂岩 Sand) 下伏页岩
射孔
深井压裂注入 (SFI) 高压和高速注入 (压裂) 高纯度高压气体 连续循环注入 多相流 专用处理井
二氧化碳储存技术和成果
适宜封存的全球前景沉积盆地区域
在那里可以找到合适的盐沼池地质构造、油田或气田，或煤床。只包括了一部分 可供煤床封存的地点。封存前景是对可能性的一种定性评估，即根据已掌握的信 息在某个特定区域中存在某个适合封存的地点。本图仅作为一个导向，因为它基 于部分数据，其质量可能因区域而异，也可能随时间的推移和新的信息而有所变 化。（《澳大利亚地球科学》提供）
研究意义
三，如何降低二氧化碳的排放量
① 提高现有能源利用效率，降低能耗。 (如：开发AD 600/700℃更高参数的超临 界发电技术)；
② 大力发展其他可再生能源或低碳能源， 如水电、生物质、核能、风能、太阳能等。 ③ 二氧化碳的封存
二氧化碳的储存——主讲提纲
1
研究意义 国内外研究现状 二氧化碳储存技术和成果 问题与展望
深井压裂注入方法
震荡器/计 算机 地表沉积物 (包括淡水)
电缆 页岩
表层套 管 生产套管 注入管
Slurry Fracture Injected (SFI) 砂
岩 封闭层 (页岩) 围堵层 (砂岩 & 页岩)
均质粘 合剂护 层 无收缩或延展粘合 剂. 需承受每天循 环过程的高压 井底压力传感 器 封隔器
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3 4
国内外研究现状 CO2的来源
CO2的固定源包括大型化石燃料或生物能源设施、 主要CO2排放型工业、天然气生产、合成燃料工厂以 及基于化石燃料的制氢工厂。 CO2的大固定源：世界范围内每年CO2排放量在 10万吨以上的源。
国内外研究现状
CO2大固定源的全球分布情况
国内外研究现状
已经开展封存的国家和进度
研究意义
一、不同时期气候变化特点比较
时期
地质时期
含义
时间跨度最大,变化周期 最长的时期
气候变化特点
冰期(寒冷期)与 间冰期(温暖期)交替 气温波动上升 气温显著升高,1860年以来，全球 平均气温升高了0.6℃
历史时期
距今一万年以来的 时期
最近一二百年的时期
近 代
研究意义
二、我国所面临的二氧化碳排放形势
陆地生态系统储存 生物储存 地质储存 矿物储存 海洋储存
油田储存 煤层储存 咸水蓄水层储层
这篇文章 有详细介绍
二氧化碳储存技术和成果
⑴ 地质封存
二氧化碳储存技术和成果
在这些结构中，储存二氧化碳的沉积岩上部都有盖层。不可开采煤层 目前还只是潜在的一个备选方案，因为它的储存二氧化碳的圈闭机制稍 有不同，有时是填充在煤炭的颗粒当中。
二氧化碳储存技术和成果
二氧化碳的储存——主讲提纲
1
研究意义 国内外研究现状 二氧化碳储存技术和成果 问题与展望
2
3 4
问题与展望
主要问题
①安全问题 ②经济问题 ③法律问题 ④力学问题
① 安全问题：安全问题是CO2封存工程的关键。虽然
现在没有出现CO2泄露的实例报道。但是大量的CO2泄 露会造成重大的环境危害。 例如：1986 年发生在喀麦隆尼奥斯湖湖底的火山喷 发，使得大量堆积在湖底的 CO2被突然释放出来，导致 方圆 25KM范围内的 1700 多人和大量的动物窒息死亡。
球形溶腔单位体积的体积应变率可以表示为
问题与展望
如图 2 所示，开始时( t% <60)压力的增加非常迅速， 但当压力达到的 σ无穷大的90 %时压力的变化就非常 缓慢了，而且溶腔经过长期演变后的腔体内压力与CO2 初始的注入压力P0关系已不大，但对溶腔最后的体积收 缩大小至关重要。
来自百度文库
问题与展望