2016年01月13日 星期三

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为二氧化碳在地下找个合适的安身之处

来源:地调局水环中心 作者:范基姣 发布时间:2016-11-14

我是二氧化碳,近年来已经被定为是导致全球气候变暖的幕后黑手之一。科学家们为了把我圈起来,限制我的自由,费了大量的心思。他们研究出了一个监狱大院——二氧化碳地质储存目标靶区。这个监狱大院是为了下一阶段为我建造房间用的。

所以这个大院的筛选与评价应该具有承上启下的作用。科学家来了,我先听听到底是咋回事。

一、世界范围内已经选取的目标靶区

我们回顾一下世界上已经开展的二氧化碳地质储存工程选取的地下目标靶区。

挪威sleipner气田分离出来的CO2注入的目的层是海域中延伸范围南北超过400km,东西50~100km的储层空间,该套砂岩储层的边界条件为向东西方向岩性尖灭,侧向的边界条件为更细粒的沉积。注入点位于该套砂岩中间的一处穹窿构造之下[6]。

丹麦kalundborg地区的二氧化碳主要注入了一部分海域一部分陆域的Havnsφ背斜构造中,储层是Gassun组砂岩,溢出点以上面积约80平方公里,断层不发育。

挪威中部地区的储存空间为一个单斜构造,储层是夹杂在泥岩、页岩之中的碳酸盐岩和砂岩层,其中有4条断层分布,但是都没有将上下两盘的地层分隔开,即,在储层空间中只可能形成了侧向封堵,但是仍然作为储层。

德国东北部地区用于储存二氧化碳的的储存场地为细长的盐背斜构造即-Schweinrich构造,最后的储存空间为根据1:20万构造图和邻近钻井资料通过三维地质建模确定的溢出点以上的空间。

英国在海域盆地中找到了规模较大的背斜构造,该背斜构造由圣乔治断层封闭。

我国的第一处示范工程的场地是伊金霍洛旗布连沟地区地下的岩性圈闭,地层水以滞留水为主。

二、目标靶区的边界条件

有人可能要问,为什么要将二氧化碳的储存空间选择到这些地方?以盆地为单元优选出的封闭条件良好的一级、二级构造单元是否可以作为合适的目标靶区?这个问题取决于哪一种目标靶区可以通过更可控制的标准来确定。相对于一、二级构造单元,三级构造单元空间使得二氧化碳的运移被限制在有限的横向范围内,这有助于封存容量的计算、后期监测以及风险评估。即,假设以鄂尔多斯盆地的天环凹陷作为目标靶区,由于其缺乏稳定的地质控制,就要求设计储层流动方案来测试地质不确定性的影响和后果,来预防二氧化碳泄露的风险。大范围封存的缺陷是需要大面积区域内进行详细的地质绘图和监测工作,来识别潜在的泄露通道。

通常情况下,如果流体能够较容易地注入多孔的咸水含水地层,那么该地层的孔隙度至少在20%以上。如果假设二氧化碳注入点的位置就位于该含水构造之中,则该储存空间在注入的二氧化碳量没有达到该构造的溢出点时,就为该含水构造的高点与溢出点之间的空间,但是对于该含水构造外围的扩散空间的边界条件则变为比该含水构造高一级的构造的边界条件问题,即正断层、逆断层或者岩性歼灭带的封闭性问题。以岩性歼灭带为边界条件的封存模式是,使注入点距离储层隐伏露头足够远,在足够长的时间内,使其达到隐伏露头之前在储层内“固定”。

限于目前的国内外的研究程度,咸水层封存二氧化碳的重点主要集中在较大的构造中。如果区域性的咸水层平缓展布,由于地下空间的非均质性,则储层中的大部分孔隙空间可能没有被有效利用,导致较低的封存率。但是如果是均质性很好、渗透率很大的这种咸水层,即使平缓展布,也能增加溶解和束缚气以及矿化机理的捕获量。那么这种理想的咸水含水层的注入点的选择原则除了考虑该含水层的补、径、排条件,就是以碳源距离越近越好为原则。

但是考虑CO2注入后,在气水分异没有彻底分异的过渡带,水区中较高含量的溶解气膨胀将起着驱动地层水侵入天然气区的作用。因为在地质区域上,同一水动力系统内可能存在多个背斜地区,不同的微构造,通过水体连通,由于背斜构造高度的差异,导致不同背斜内部压力不同。所以,选择一个水动力系统只有一个构造高点的地区是上选。因为,在气水分异不彻底的过渡带,溶解的CO2气膨胀驱动地层水侵入天然气区的作用不可忽视,构造越平缓的气藏,CO2—水的分异越不彻底,溶解的CO2膨胀驱动地层水的作用越强,那么对邻近具有的天然气藏的侵入性更强,具有的干预性就越大。这样就不符合避让油气田的咸水含水层目标靶区选取原则。

综上所述,可以发现对于目标靶区选取工作,一个控制整个目标靶区选取过程的研究就是边界条件的研究。

三、目标靶区的边界条件研究延伸

不同级别的二氧化碳地质储存地下空间的边界主要包括一级构造单元边界、二级构造单元边界和三级构造单元边界,那么在不同的源汇匹配条件下,目标靶区的边界条件的一部分问题就延伸为断层的封闭性的问题。另一种边界条件研究的延伸就是二氧化碳地质储存后对周边多种能源边界的影响预测。

啊,听得我头都大了,好复杂啊。不过我大概明白了,那就是把我圈起来,还不让我影响周边环境,真不是件容易的事情啊。