地下二氧化碳存储概念

的主要概念,提出了地下二氧化碳存储网站分为四类:自然和人造洞穴,未使用的多孔性和渗透性储层岩石、枯竭的油气田煤层。

实际上,存储在洞穴和矿山无法对温室效应产生重大影响。大部分矿山不密封,特别是在压力大于大气。大多数废弃的矿井逐渐装满水,和任何气体最终会被迫离开。防漏的矿山有替代用途——例如,存储的文档,bet雷竞技 和化学废物。盐水溶开采的洞穴也不适合长期不稳定,因为岩盐是一种韧性的物质可以原位蠕变和破裂压力在地球的地下。

4.8.1存储在多孔和渗透储层岩石

二氧化碳可以存储在地质结构通过填充粒间孔隙空间内岩石与二氧化碳。确实这是石油、天然气和二氧化碳,发生在地下。多孔和透水沉积岩(称为储层岩石)通常发生在沉积盆地主要积累称为可能厚达几公里,可能会覆盖数千平方公里。然而,尽管很常见,沉积盆地不发生在世界上每一个国家。沉积盆地也都适合二氧化碳存储。

压力-温度条件下地下

许多沉积盆地的平均温度增加25 - 30°C公里“1低于地面或海床的结果热流从地球的内部到外部。然而有相当大的变化,这些地热条件,同时在本地在盆地和盆地之间全球[6]。

在地下向下的压力也会增加。压力一般在沉积岩的孔隙空间接近静水压力,也就是说,一列所产生的压力(通常盐)水同等高度的孔隙空间的深度。这是因为孔隙空间主要是装满水和连接,虽然居心叵测地,地面或海水。然而,条件下,孔隙空间既不是连接到表面,表面不平衡,可能大于静水压力。抽空也可能存在,自然,或抽象的结果液体如石油和天然气储集岩。

地下二氧化碳的物理性质

二氧化碳的物理性质定义的密度可以存储地下(5、6)。他们也有关,因为大量的变化与二氧化碳相变有关。

当二氧化碳注入地下,有一个急剧增加,其密度和相应的减少体积大约500米和1000米之间的深度取决于精确的地热条件和压力[30](图1)。这是与天然气超临界流体的相变。因此,二氧化碳占据更少的空间在地下比表面。一吨二氧化碳的密度700 kg / m3占地1.43立方米,或不到6立方米的岩石孔隙度为30%,如果80%的水在孔隙空间可能流离失所。在0°C和1大气一吨二氧化碳占地509立方米。

浅层储层岩石中存储的大量的二氧化碳并不实用,因为物理条件浅深地下意味着相对较小的大量的二氧化碳会占据相对大量的孔隙空间。浅层油藏岩石通常也更重要的使用——地下水供应。

900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

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密度@ 20 c /公里密度密度@ @ 25 c /公里30 c /公里密度@ 35 c /公里

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500深度(米)

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图1所示。二氧化碳的密度范围的地热梯度和二氧化碳存储深度,假设静压梯度和表面温度10°C

4.8.2存储在地下储层岩石的原则

二氧化碳可以注入储集岩的孔隙度通过井或井。二氧化碳渗透到岩石上,取代的一些液体(通常盐水)最初是在孔隙空间中。为了使原生孔隙流体的注入和位移发生,注射压力必须大于孔隙流体压力。如果岩石的渗透率较低或有岩石中的流体流动的障碍(例如故障划分储层)注射压力可能会导致显著增加的孔隙空间,尤其是在注入井[92]。这可能会限制二氧化碳的数量,可以注入了一块礁石上,速度可以注射。例如,在阿尔伯塔省的最大允许注入压力是骨折的90%压力顶部的水库[58]。这个因素可能会使大量的区域化水库不适合二氧化碳注入。

一旦注入储集岩,迁移和捕获的过程开始了。注入的二氧化碳是浮力和迁移对储层的顶部,直到它到达冠岩。一小部分可能保留在陷阱形成的内部储层内渗透率壁垒,而这些也使二氧化碳通过水库的迁移路径更加曲折。顶部的盖岩水库的保留了二氧化碳。帽岩石可分为两类:基本上不透水地层等厚岩盐层(称为隔水层)和低渗透页岩和泥岩、等如何,通过液体可以迁移,虽然极其缓慢[8]。齐次帽岩石(或海豹)的有效性主要依赖他们的毛细管入口压力,它本质上是一个函数的大小孔隙喉咙连接孔内的岩石和流体试图进入岩石。但是,在现实情况下他们还可能包含错误或骨折,可能会导致泄漏。方法评估的风险不完全密封帽岩石在石油系统给出了[90]。

提供水库足够大时,可能没有必要将二氧化碳注入一个大型封闭的结构,如一个圆顶,类似于一个石油和天然气领域,以确保其长期安全稳定控制。当二氧化碳注入相对平伏的地下水库,上升到最高,它将被困在小圆顶或其他封闭结构的底部盖层发生。一旦其中一个结构完整,二氧化碳会泄漏和迁移到这样一个结构的迁移路径和填补。因此,作为储层内的二氧化碳迁移,它可能会分成许多小池在许多小的闭包。

随着时间的推移,消耗这些积累很可能发生结果的二氧化碳溶解在联系水储集岩的孔隙空间。此外,二氧化碳会在毛孔和毛细管力作用下被吸附在颗粒表面的迁移路径水库内的二氧化碳。这种“残余”二氧化碳饱和的迁移路径可能在5 - 30% [30]。二氧化碳在水中的溶解度取决于温度、压力和矿化度[24]。为典型的地下条件下,溶解的二氧化碳在1 M盐水高原41-48公斤/立方米低于600米深度。增加盐度降低到4米的最大溶解度24-29公斤左右m3 [30]。典型的储层条件下的溶解度3%的盐度不同47 - 51公斤/立方米,对应于一个卷免费的二氧化碳6.7孔隙体积的7.3% [61]。因此,潜在的,这是一个非常重要的存储机制如果的一大部分地层水变得充满了二氧化碳——挑战是实现这一目标。

溶解的速度将取决于二氧化碳与地层水混合一旦注入水库。一旦二氧化碳积累已经达到一个稳定的位置在储层内,二氧化碳在水中的扩散将更快如果是薄但广泛积累,具有高表面积与体积比(24、30)。然而,对于许多积累,解散可能是缓慢的,在几千年的顺序为典型的插入场景[5],除非有某种形式的活动引起的混合流体在储层[61]。即便如此,如果一个相对少量的二氧化碳注入一个很大的水库,一系列的小陷阱和溶解的二氧化碳进入地层水意味着它是永远不可能达到储层的边缘,即使没有主要结构(如陷阱。62]。这是二氧化碳的情况从斯莱普西气田被存储在Utsira沙子[101]。

在其他情况下,二氧化碳可能是水动力地困[7,8,68]。一旦注入井的影响半径外,二氧化碳会迁移方向相同的自然流体储集岩。如果它是一个免费的气体在储层内,它将迁移速度比盐水(原生孔隙流体),因为它是更少的粘性。然而,如果它溶解迁移(通常很低)利率自然流体发生在储层岩石。如果二氧化碳非常缓慢的迁移和拟议的注入点是一个非常大的距离边缘的水库,二氧化碳可能不会达到水库边缘的数百万年。一些二氧化碳也会被化学反应与地层水或储集岩(后者只会发生在长时间尺度),金额根据孔隙水化学、岩石矿物学和迁移路径的长度(24岁,35岁,36岁,82年)。

因此,从长远来看,五原则的互动机制将决定命运的二氧化碳在水库。这些是:固定在陷阱,固定二氧化碳的残余饱和度以及二氧化碳迁移路径,溶解在周围的地层水,与地层水地球化学反应或岩石矿物组成框架,如果密封不完美,迁移的地质储存宿主。逃脱的二氧化碳从蓄水库未必是重要的,提供对男人没有不利影响,地下水等自然环境或其他资源和所需存储期超过。

二氧化碳的数量,可以在一个特定的项目或注入特定的水库可能发生不良影响是有限的。其中的一些可能会在短期内重要,其他人可能发生在更长的时间尺度,作为注入二氧化碳的迁移的结果。它们包括:不可接受的储层压力,使用地下冲突(例如,无意与煤炭开采,或开发石油和天然气),污染饮用水盐水的位移/新鲜的地下水接口,污染饮用水的二氧化碳或物质携入的二氧化碳(例如,碳氢化合物),逃脱的二氧化碳的露头油藏岩石和逃避的二氧化碳通过一个身份不明的迁移途径通过盖层。

4.8.3二氧化碳储存在斯莱普西气田

斯莱普西气田(19日56)是在北海的中心约200公里的土地。斯莱西部天然气储层断裂,不同的压力机制和不同流体性质不同断块。储层中的天然气(主要是甲烷)包括4%到9.5%的二氧化碳。天然气销售质量,二氧化碳的数量减少到2.5%或更少。为了让巨魔下的天然气出口天然气销售协议,主要是通过泽布吕赫Zeepipe出口管线,通过数据,这个操作进行海外。产生的气体通过18钻生产井井口平台(斯莱B)和运输过程和治疗平台(斯莱T)和旁边一座桥连接到主斯莱平台(图2和3)。

大约1 x 106吨二氧化碳每年与天然气分离。这意味着一些挪威的二氧化碳排放总量的3%。而不是发泄这二氧化碳到大气中,挪威国家石油公司和合作伙伴决定

图2所示。斯莱T CO2-processing平台(左)和斯莱平台(右)在北海(由挪威国家石油公司)

图3所示。横截面示意图通过斯莱二氧化碳注入设备(由挪威国家石油公司)

存储在Utsira地下沙子。这是一个砂岩储层厚约150 - 200米,在800至1000米的深度。

在注射部位,盖层由两部分组成:首先一个较低的沉积单元组成的超过100的页岩,所谓的“页岩褶皱”立即覆盖水库,其次页岩上方的地层褶皱的其余部分,也似乎完全

图4所示。详细的延时地震图像的二氧化碳储存在Utsira砂时西斯莱字段。1996年形象注入是二氧化碳的前身。1999 - 2002年连续图像显示增加的二氧化碳储存在Utsira沙子。二氧化碳是成像明亮的反光对应高二氧化碳饱和度积累下薄层的砂页岩层内砂储层(由CO2STORE伙伴和安迪·查德威克)

图4所示。详细的延时地震图像的二氧化碳储存在Utsira砂时西斯莱字段。1996年形象注入是二氧化碳的前身。1999 - 2002年连续图像显示增加的二氧化碳储存在Utsira沙子。二氧化碳是成像明亮的反光对应高二氧化碳饱和度积累下薄层的砂页岩层内砂储层(由CO2STORE伙伴和安迪·查德威克)

认定的泥岩和粉砂质泥岩为主。这些地层有效地防止二氧化碳泄漏回海底,因此大气层。

二氧化碳注入1996年8月开始,将持续的生活领域(估计大约20年)。操作的额外费用是15美元/吨的二氧化碳[42]。

共同资助的示范项目,缩写囊,欧盟、行业和国家政府和它的继任者,施行缩写CO2STORE,目前正在评估地下地质方面的处理操作(64年2、3、12、20日,74]。这包括评估的能力,Utsira水库的存储属性和性能,造型二氧化碳库区移民和监测地下二氧化碳使用延时地震技术的传播。从图4很明显,地下情况well-imaged;二氧化碳目前被困在水库周围和上面的注入点。它已经达到上限的基础岩石和迁移水平之下。地震和储层建模正在进行进一步量化和限制二氧化碳地下分布和预测其未来的行为。

Utsira形成似乎是一个很好的存储库为二氧化碳。它作为无限含水层;流体是流离失所的从上面的孔隙空间注入点没有显著的可衡量的井口压力增加。

4.8.4存储在耗尽或废弃的油气田

油气田是活跃的液体自然地下陷阱。在许多情况下有地质证据表明石油或天然气已被困在他们数百数千或数百万年。在这种情况下,他们不会在短期内泄漏地质(几百到几千年)提供他们的剥削人没有受损的陷阱和盖层不不利影响二氧化碳的注入。

二氧化碳被广泛用于提高原油采收率在枯竭的油田[91]所以可以隔离二氧化碳等领域的同时,增加石油产量(如。9日,17日,48]。生产更多的石油抵消成本的二氧化碳封存。大约2.5到3.3桶的石油生产每吨二氧化碳注入一个合适的油田。

三次采油中使用的一些二氧化碳项目是人为;例如,在萨斯喀彻温省Enca-na Weyburn领域人为二氧化碳从煤气化装置在北达科他州(96、97)。二氧化碳的进步洪水从二氧化碳封存的角度将被监控。预计永久削减约1800万吨二氧化碳在项目的生命周期。在科罗拉多州的范围三次采油工程也被监控从水库确定二氧化碳泄漏到地面表面[54]。为三次采油进一步机会比比皆是,特别是最近增加石油价格的维护。无疑是巨大的潜力在世界上主要的陆上石油很多省份,例如中东,而且可能有潜在的海外地区如北海(16日31日)。

少量的二氧化碳隐藏在这些项目表明,三次采油必须发生大规模产生重大影响全球二氧化碳排放到大气中[88]。

当从气田天然气生产,生产井开了,压力只是允许耗尽,通常没有任何流体被注入保持压力。因此,根据水的速度流入包括气藏的孔隙度,大量pressure-depleted孔隙空间可能用于二氧化碳储存。在许多情况下,很少或没有水流入气藏。因此可以存储地下二氧化碳的体积等于地下产生的气体的体积。此外,有可能二氧化碳注入年底可以提高天然气生产领域的生活。

继续阅读:什么是全球石油和天然气领域的二氧化碳地质储存能力和盐水储层岩石吗

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