二氧化碳的地下儲(chǔ)存

1、二氧化碳的地下儲(chǔ)存摘要：本文介紹了二氧化碳地下儲(chǔ)存的進(jìn)展情況，主要包括二氧化碳的油氣層儲(chǔ)存、煤層儲(chǔ)存、鹽洞儲(chǔ)存、蓄水層儲(chǔ)存以及現(xiàn)階段該技術(shù)所存在的問(wèn)題，和目前該項(xiàng)技術(shù)在世界各國(guó)的應(yīng)用情況。（內(nèi)容少）關(guān)鍵詞：二氧化碳；地下儲(chǔ)存；油氣層；煤層；鹽洞；蓄水層TheUndergroundStageofCarbonDioxideAbstract:Thispaperintroducetheprocessoftheundergroundstageof

2、carbondioxideincludingitsstageinoilgasreservoirsincoalseamsinsaltcavernsinaquifersthetechnicalproblemsatthisstage.Wealsointroducethetechnologyapplicationatpresent.Keywds:carbondioxideundergroundstageoilgasreservoirscoals

3、eamssaltcavernsaquifers隨著近代大工業(yè)的發(fā)展，人類(lèi)生產(chǎn)和生活方式發(fā)生了急劇變化，與此同時(shí)，我們的生存環(huán)境也在悄然變化。由于大量二氧化碳?xì)怏w的排放，造成了全球范圍內(nèi)的“溫室效應(yīng)”。為了控制二氧化碳的排放量，國(guó)際社會(huì)簽署了《京都議定書(shū)》，科學(xué)家們也在努力探尋減少二氧化碳排放量的方法。近年來(lái)，將二氧化碳儲(chǔ)藏于地下的方法成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，二氧化碳的地下埋藏技術(shù)就是將超臨界狀態(tài)或液態(tài)的二氧化碳儲(chǔ)藏于一定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，包

4、括油氣田、煤層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)，整個(gè)過(guò)程包括碳捕集、碳運(yùn)輸、碳儲(chǔ)存三個(gè)環(huán)節(jié)，最終達(dá)到減少排放、保護(hù)環(huán)境、增加油田或煤層采出量等目的。但目前此項(xiàng)技術(shù)還不夠成熟，仍處于試驗(yàn)階段，還有許多問(wèn)題需要解決。本文就是將目前的二氧化碳地下儲(chǔ)存技術(shù)進(jìn)行匯總。（去掉）1油氣層儲(chǔ)存二氧化碳目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的將CO2儲(chǔ)存與油氣層的情況有二種，第一種是利用廢棄的或商業(yè)開(kāi)采價(jià)值的油氣田，應(yīng)用原始儲(chǔ)層中多孔的結(jié)構(gòu)儲(chǔ)存，具有穩(wěn)定性高、開(kāi)發(fā)成本低、儲(chǔ)層的地質(zhì)特征清楚、部分原有

5、油氣生產(chǎn)裝置可以用來(lái)注入CO2等優(yōu)點(diǎn)[13]（不易懂）；第二種是利用正在開(kāi)采的油氣田，通過(guò)這種方法可以提高采油率，達(dá)到強(qiáng)化采油的目的，并且可以了解儲(chǔ)層內(nèi)部的參數(shù)，從而減少成本增加利益。CO2極易溶解于油，其在油中溶解度比在水中的溶解度大3～9倍，大量的CO2與輕烴混合，可大幅度的降低油水界面張力，減少殘余油飽和度。當(dāng)CO2溶解于原油時(shí)，可使原油粘度顯著下降、體積膨脹，如果溶解充分，膨脹的幅度可達(dá)到10%～40%，大大減少了原油流動(dòng)過(guò)程中

6、的毛管阻力和流動(dòng)阻力，提高了原油的流動(dòng)能力。CO2在水中溶解后使水碳酸化，粘度增加，流度下降；綜合作用的結(jié)果，使原油和水的流度趨于接近，使水的驅(qū)油能力提高。同時(shí)溶解了CO2的地層水可與地層基質(zhì)相互反應(yīng)，在頁(yè)巖中，由于地層水pH值降低，可以抑制儲(chǔ)層的粘土膨脹，對(duì)粘土有穩(wěn)定作用；在碳酸巖和砂巖中，CO2水與儲(chǔ)層礦物發(fā)生反應(yīng)，部分溶解油層中的碳酸鹽，生成易溶于水的碳酸氫鹽，提高了儲(chǔ)層的滲透性。在地層條件下，未被地層油溶解的CO2氣相密度較高，

7、CO2驅(qū)替和吞吐浸泡期間，當(dāng)壓力超過(guò)一定值時(shí)（此值與原油性質(zhì)及溫度有關(guān)），能氣化或萃取原油中的輕質(zhì)成分增加單井產(chǎn)量，還能形成CO2和輕質(zhì)烴混合的油帶，通過(guò)油帶移動(dòng)可使原油的采收率達(dá)到90%以上[4]。目前注CO2主要的開(kāi)發(fā)方式主要有兩種[4]：CO2混相驅(qū)替和CO2非混相驅(qū)替。在混相驅(qū)替過(guò)程中，CO2抽提原油中的輕質(zhì)組分或使其汽化，從而實(shí)現(xiàn)混相以及降低界面張力等作用。由于受地層破裂壓力等條件限制，混相驅(qū)替只適用于API重度比較高的輕質(zhì)油

8、藏。在國(guó)外通常采用混相驅(qū)替的方法，但是如果二氧化碳與原油的最低混相壓力大于油層的破只受管狀傳輸系統(tǒng)的流動(dòng)能力的影響。即使有緩慢的泄露發(fā)生，也有安全機(jī)制使CO2保留在地質(zhì)媒介的深處而不是突然返回大氣中。由于鹽洞的存儲(chǔ)能力很大，鹽洞可以臨時(shí)(數(shù)月或數(shù)十年)儲(chǔ)藏大量的CO2，可作為其他緩慢地質(zhì)儲(chǔ)藏技術(shù)的緩沖器。4蓄水層儲(chǔ)藏二氧化碳地下深處含鹽（深部咸水層）和不適合作飲用水的蓄水層也適宜儲(chǔ)藏CO2，且存儲(chǔ)能力很大。根據(jù)對(duì)全球范圍內(nèi)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存

9、容量的評(píng)估，全球范圍內(nèi)深部咸水含水層的CO2埋存容量為400108～10000108t，為油氣藏埋存容量的10多倍，煤層埋存容量的數(shù)百倍，潛力巨大。其中最利于CO2地質(zhì)存儲(chǔ)的是砂巖。在這些地區(qū)，深部咸水的年齡達(dá)數(shù)萬(wàn)年至數(shù)十萬(wàn)年，地下咸水的運(yùn)移極其緩慢，更多的CO2將在其流到盆地邊緣之前與其圍巖中礦物反應(yīng)形成碳酸鹽類(lèi)而固定下來(lái)，因此極其有利于CO2儲(chǔ)存[8]。利用含水層儲(chǔ)存有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)[11]：一是含水層的圈閉構(gòu)造比油田和氣田更普遍；二是在

10、含水層中可能有一些適于儲(chǔ)存的巨大儲(chǔ)氣構(gòu)造。適合儲(chǔ)存CO2的地下咸水體，應(yīng)該具備以下幾個(gè)條件[8]：①咸水含水層中咸水的咸度應(yīng)大于100gL，以避免破壞地下飲用水源；②最小孔隙度應(yīng)大于20%，最小的滲透系數(shù)應(yīng)大于500mD；③地下咸水層的埋藏深度應(yīng)大于800m，此時(shí)CO2處于液態(tài)，并且距離地表較遠(yuǎn)。④地下咸水層的厚度應(yīng)大于50m，蓋層的厚度應(yīng)大于100m；⑤地下咸水層應(yīng)具有低滲透性的蓋層（如泥巖、頁(yè)巖），和允許地下咸水體透過(guò)的邊界，以便注

11、入的CO2得到地下咸水的置換空間，并使CO2的泄漏量達(dá)到最小。常用的注入方法有兩種[10]：一種是水力捕集，在800m以下，CO2達(dá)到超臨界狀態(tài)，一旦進(jìn)入蓄水層，CO2以與地層水同樣的速度流動(dòng)。另一種是礦物捕集，在蓄水層里，CO2與礦物和有機(jī)質(zhì)反應(yīng)形成固體碳酸鹽礦物。當(dāng)CO2溶解在水中，不論壓力大小，都會(huì)產(chǎn)生少量的HCO3—和H，降低了地層水的pH值，從而與硅酸鹽礦物反應(yīng)，釋放出鈣、鎂和鐵的自由離子，達(dá)到儲(chǔ)存CO2的目的。5海洋儲(chǔ)存二氧

12、化碳海洋面積占地球總面積的71%，所以深海是一個(gè)可供CO2儲(chǔ)存的巨大場(chǎng)所。研究表明，目前80%的CO2排放量最后被海洋吸收[13]。海洋埋存CO2有兩種方式[13]：一是使用陸上的管線(xiàn)或移動(dòng)的船只將CO2注入到水下1500米。這是CO2具有浮力的臨界深度。在這個(gè)深度CO2將被有效地溶解和驅(qū)散；二是使用垂直的管線(xiàn)將CO2注入到3000米深度。由于CO2的密度比海水大，CO2不能溶解，只能沉入海底，形成CO2液體湖。移動(dòng)船可將固體CO2投入

13、CO2液態(tài)湖中，由于固體CO2密度高及其傳熱特性，在下沉過(guò)程中只有非常小的溶解量。雖然潛力巨大，但尚有一些問(wèn)題需要解決[13]：一是海洋溶解和驅(qū)散在技術(shù)上的可行性；二是長(zhǎng)時(shí)間埋存的效果評(píng)價(jià)；三是CO2海洋埋存是否對(duì)海洋生物有影響。6其他儲(chǔ)存方法除上面介紹的方法，還有用鹽巖溶腔儲(chǔ)存二氧化碳等方法，這里就不一一陳述了。表1是對(duì)各種儲(chǔ)存方法的綜合比較。存在的問(wèn)題由于現(xiàn)階段二氧化碳的地下儲(chǔ)存技術(shù)還不夠完善，在許多方面仍然存在問(wèn)題，主要包括[1]