二氧化碳储藏

5二氧化碳储存二氧化碳储存武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院 2014年年3月月二氧化碳储存二氧化碳储存主讲提纲主讲提纲3214问题与展望研究意义国内外研究现状国内外研究现状二氧化碳储存技术和成果研究意义研究意义睡的好香啊睡的好香啊“地毯地毯”都没有都没有,咋睡觉啊咋睡觉啊?研究意义研究意义温室效应温室效应(英文：英文：Greenhouse effect)，又称又称“花房效应花房效应”，是大气保温效应，是大气保温效应的俗称。大气能使太阳短波辐射到达的俗称。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系列严重问题，引起了全世界各国的关注。关注。第一个提出温室效应的是法国学者第一个提出温室效应的是法国学者Jean-Baptiste Joseph Fourier（17681830）于）于1824年提出的。年提出的。环境影响环境影响全球变暖全球变暖地球上的病虫害增加地球上的病虫害增加海平面上升海平面上升气候反常气候反常土地沙漠化土地沙漠化研究意义研究意义时期时期含义含义地质时期地质时期历史时期历史时期近近 代代时间时间跨度最大跨度最大,变化变化周期周期最长最长的时期的时期距今距今一万年一万年以来的以来的时期时期最近一二百年的时期最近一二百年的时期冰期冰期(寒冷期寒冷期)与与间冰期间冰期(温暖期温暖期)交替交替气温波动上升气温波动上升气温显著升高气温显著升高,1860年以来，全球年以来，全球平均气温升高了平均气温升高了0.6气候变化特点气候变化特点研究意义研究意义研究意义研究意义 提高现有能源利用效率，降低能耗。提高现有能源利用效率，降低能耗。(如：开发如：开发AD 600/700更高参数的超临更高参数的超临界发电技术界发电技术)；大力发展其他可再生能源或低碳能源，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。如水电、生物质、核能、风能、太阳能等。二氧化碳的封存二氧化碳的封存二氧化碳的储存二氧化碳的储存主讲提纲主讲提纲3214问题与展望研究意义国内外研究现状国内外研究现状二氧化碳储存技术和成果国内外研究现状国内外研究现状CO2的来源的来源 COCO2 2的固定源包括大型化石燃料或生物能源设施、的固定源包括大型化石燃料或生物能源设施、主要主要COCO2 2排放型工业、天然气生产、合成燃料工厂以排放型工业、天然气生产、合成燃料工厂以及基于化石燃料的制氢工厂。及基于化石燃料的制氢工厂。COCO2 2的大固定源：世界范围内每年的大固定源：世界范围内每年COCO2 2排放量在排放量在1010万吨以上的源。万吨以上的源。国内外研究现状国内外研究现状CO2大固定源的全球分布情况大固定源的全球分布情况国内外研究现状国内外研究现状已经开展封存的国家和进已经开展封存的国家和进度度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。国内外国内外研究现状研究现状目前各国开展的目前各国开展的CO2储藏系统的研究工作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，现在阶段，现在主要在开发主要在开发CO2的收集深埋技术的收集深埋技术。国内外研究现状国内外研究现状CO2地下储存的实际工程地下储存的实际工程CO2储存综合场所比较储存综合场所比较国内外研究现状国内外研究现状国内外研究现状国内外研究现状中国中国CO2地下储存项目地下储存项目国内外研究现状国内外研究现状中国中国CO2地下储存项目地下储存项目二氧化碳的储存二氧化碳的储存主讲提纲主讲提纲3214问题与展望研究意义国内外研究现状国内外研究现状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CO2储存方式储存方式这篇文章有详细介绍二氧化碳储存技术和成果二氧化碳储存技术和成果 地质封存二氧化碳储存技术和成果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。有不同，有时是填充在煤炭的颗粒当中。封闭层封闭层(页岩)目标层目标层(砂岩Sand)砂岩页岩地表沉积物(包括淡水)射孔封隔器生产套管表层套管注入管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震荡器震荡器/计计算机算机井底压力传感器电缆下伏页岩围堵层围堵层(砂岩&页岩)深井压裂注入深井压裂注入(SFI)高压和高速注入高压和高速注入(压裂压裂)高纯度高压气体高纯度高压气体连续循环注入连续循环注入多相流多相流专用处理井专用处理井深井压裂注入方法深井压裂注入方法Slurry Fracture Injected(SFI)二氧化碳储存技术和成果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）澳大利亚地球科学提供）二氧化碳储存技术和成果二氧化碳储存技术和成果咸水蓄水层储存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油田储存油田储存二氧化碳储存技术和成果二氧化碳储存技术和成果煤层储存煤层储存二氧化碳储存技术和成果二氧化碳储存技术和成果（2）海洋海洋封存封存海洋占地表的海洋占地表的7070以上，海洋的平均深度为以上，海洋的平均深度为3,8003,800米。由于米。由于CO2CO2可在水中溶解，所以大气与水体在海可在水中溶解，所以大气与水体在海洋表面不断进行洋表面不断进行CO2CO2的自然交换，直到达到平衡为的自然交换，直到达到平衡为止。止。通过管道或船舶将通过管道或船舶将CO2CO2运输到海洋封存地点，从那运输到海洋封存地点，从那里再把里再把CO2CO2注入海洋的水柱体或海底（深度在注入海洋的水柱体或海底（深度在1,0001,000米以上）。被溶解和消散的米以上）。被溶解和消散的CO2CO2随后会成为随后会成为全球碳循环的一部分全球碳循环的一部分。二氧化碳储存技术和成果二氧化碳储存技术和成果海洋封存情景概览海洋封存情景概览二氧化碳储存技术和成果二氧化碳储存技术和成果海洋封存方法海洋封存方法二氧化碳储存技术和成果二氧化碳储存技术和成果（3）现有著名地质封存项目1 1、挪威北海的斯莱普内尔（、挪威北海的斯莱普内尔（Sleipner)Sleipner)天天然气田然气田COCO2 2封存项目封存项目2 2、加拿大的韦本项目（加拿大的韦本项目（weyburn)weyburn)项目。项目。3 3、阿尔及利亚的萨拉赫（、阿尔及利亚的萨拉赫（salah)salah)项目。项目。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的储存二氧化碳的储存主讲提纲主讲提纲3214问题与展望研究意义国内外研究现状国内外研究现状二氧化碳储存技术和成果二氧化碳储存技术和成果问题与展望问题与展望主要问题主要问题安全问题安全问题 经济问题经济问题法律问题法律问题 力学问题力学问题 安全问题安全问题：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。问题与展望问题与展望喀麦隆尼奥斯湖湖底喀麦隆尼奥斯湖湖底CO2泄露泄露问题与展望问题与展望经济问题经济问题注气井的深度控制着储气的成本注气井的深度控制着储气的成本,井深越大井深越大,成本越高。成本越高。问题与展望问题与展望法律问题法律问题 目前几乎没有哪个国家对目前几乎没有哪个国家对CO2封存制定封存制定了具体的法律和框架体系。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。久退役后的作用和财政责任。长期的责任问题如长期的责任问题如:与与CO2渗漏到大气有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。题尚未得到解决。问题与展望问题与展望岩石力学问题岩石力学问题主要包括封存地层的长期力学主要包括封存地层的长期力学稳定性问题稳定性问题及及 CO2+水水+岩的化学耦合作用岩的化学耦合作用对岩体的力学性质对岩体的力学性质及水力学性质的影响。及水力学性质的影响。当当 CO2在一定的压力和温度下（如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）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，的压力存在差异，因此，盐岩将出现蠕变，导致溶腔体积缩小。导致溶腔体积缩小。问题与展望问题与展望 在溶腔的底部，腔体内在溶腔的底部，腔体内压将小于盐岩的自重应力；压将小于盐岩的自重应力；而在溶腔的顶部，当腔体内而在溶腔的顶部，当腔体内压达到盐岩自重应力时，蠕压达到盐岩自重应力时，蠕变将停止。如果由于腔体下变将停止。如果由于腔体下部的蠕变使得腔体内压大于部的蠕变使得腔体内压大于顶板的最小自重应力，在顶顶板的最小自重应力，在顶板处将出现环向的拉应力，板处将出现环向的拉应力，导致顶板开裂，导致顶板开裂，CO2就可能就可能沿裂缝向外渗漏。沿裂缝向外渗漏。问题与展望问题与展望盐岩蠕变盐岩蠕变 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。球形溶腔单位体积的体积应变率可以表示为问题与展望问题与展望如图如图 2 所示，开始时所示，开始时(t%60)压力的增加非常迅速，压力的增加非常迅速，但当压力达到的但当压力达到的 无穷大的无穷大的90%时压力的变化就非常缓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慢了，而且溶腔经过长期演变后的腔体内压力与CO2初初始的注入压力始的注入压力P0关系已不大，但对溶腔最后的体积收缩关系已不大，但对溶腔最后的体积收缩大小至关重要。大小至关重要。问题与展望问题与展望问题与展望问题与展望CO2沿溶腔壁的渗透沿溶腔壁的渗透 初始的盐岩渗透系数为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。，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可以看到，当有效应力小于某个特征强度s 时，盐岩的渗透性基本不变，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。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。图4 球型试件渗透试验结果图5 球形试验器件示意图问题与展望问题与展望展望展望1、加强国际间关于、加强国际间关于CO2储存的合作和技术交流。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，、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，应充分抓住这一机技术更具吸引力，应充分抓住这一机遇来发展遇来发展 CO2_EOR技术，积累碳封存方面的技术，积累碳封存方面的经验。经验。3、开展科技攻坚，解决封存方面的力学问题和、开展科技攻坚，解决封存方面的力学问题和其他技术问题。其他技术问题。问题与前景问题与前景