南堡凹陷CO2在咸水层中的矿化封存机理.pdfVIP

东 北 石 油 大 学 学 报 第 38卷 第 3期 2014年 6月 JOURNAIOFNORTHEAST PETRO1EUM UNIVERSITY Vol_38 No．3 Jtin． 2014 南堡 凹陷CO2在咸水层 中的矿化封存机理 李海燕 ，高 阳 ，王万福。，陈昌照 ，黄海龙 (1．中国石油大学(北京)地球科学学院，北京 102249； 2．中国石油安全环保技术研究院，北京 102206) 摘 要 ：为了探讨 COz注入咸水层后岩石及流体 的变化 ，应用研制的高压釜实验装置 ，模拟地层条件下 (109℃、 33．1MPa)饱 和CO2地层水一岩石相互作用 ，证明 CO。矿化封存的可 行性 ，并分 析超临界 C02注入后岩样 中矿物 的溶 蚀 、沉淀及溶液的变化原因．实验前后岩心质量 、扫描 电镜及溶液检测资料对 比结果表明：超临界的CO2溶于水使咸水层 酸性增强 ，然后与碎屑岩储层砂岩相互作用 改变砂岩 的矿物组成 ，生成 固碳新矿物 ，从而实现 CO2的永久封存 ；在 CO2 水 岩石相互作用的过程中，砂岩中的长石 、黏土等可溶矿物发生溶蚀 ，同时也生成方解石 、菱镁矿和菱铁矿等 固碳矿物 及高岭石 、绿泥石等非固碳矿物 ，其中固碳矿物 的生成表明该储层 CO2封存 的可行性和稳定性 ；模拟超 临界 CO2注入 后 ，短时间 内岩石中的长石溶蚀和黏土矿物的溶解过程及新矿物的沉淀，为 COz在咸水层 中的封存机制提供地球化学 依据． 关 键 词 ：cO ；咸水层 ；矿化封存 ；水 岩石相互作用 ；南堡 凹陷 中图分类号 ：TEl22．23 文献标 识码 ：A 文章编号 ：2095—4107(2014)03—0094—08 0 引言 目前 ，温室气体过度排放所产生的温室效应 已经严重威胁整个生态系统，CO。减排已经成为全球急 需解决的问题．在化石燃料还无法被新能源替代条件下，有效控制和削减 CO。的排放量 已成为一个亟待 深入研究的课题l1]．当前 ，最有效 的减排途径是大规模地捕集和储存 CO (CarbonCaptureandStorage， 简称 CCS)_4]．其中，地下封存被认为是最有效和最具可行性 的方式．CO 地质封存的场所主要有无开采 价值的煤层 、油气 田和咸水层等[5]．根据国际能源署 IEA(InternationalEnergyAgency)和联合国政府气 候变化专门委员会 IPCC(IntergovernmentalPanelonClimateChange)评价 CO2封存量 ，其中以深部咸水 层封存潜力最大 ，为 400 10000Gt]．咸水层适合用于碳封存 ：一是深部咸水层一般为含盐度较高的咸 水层，不能作为水资源加以利用 ；二是咸水层圈闭构造发育更普遍 ；三是咸水层中存在适于 CO 储存的大 型圈闭构造 ． 注入后 CO：相继发生 4种封存机制 ]：构造封存、残余气封存 、溶解封存和矿化封存．注入的CO 在 浮力作用下向上运移 ，垂向上被盖层封堵 ，CO。以 自由气的形式存储在构造圈闭中，而在吸吮过程中少部 分以残余气的形式封存在岩石孔隙中 j．随后发生溶解 ，溶解 CO 的地层水在密度作用下向下运移，对流 作用促进溶解 ，酸性的提高可能溶解一些基岩矿物，CO 与释放 的金属离子生成稳定 的碳酸盐，CO 被 固 化在矿物里．由于矿化过程 中有新矿物产生 ，因此矿化封存是 目前最稳定 、最持久 的封存方式[9 ．百万 年后注入的CO。可能大部分通过溶解或矿化封存方式存储在地层 中，只有少量的构造和残余气 ，封存安 全性随之增加．长期封存研究主要是通过数值模拟，但是具体反应机制需要通过储层条件下的实验获得 ， 为模拟提供必要的参数． 近年来，中国的CO。封存工程受到重视．中国拥有众多的沉积盆地 ，有适合封存 的场所．PangZhong— he等在中国第一个试点渤海湾盆地应用化学监测技术成功追踪到 CO。的流动 ，WangTianye等通过 实验方法论证鄂尔多斯盆地封存的可行性_l】．QiaoXiaojuan等论述 中国苏北盆地圈闭的评价指标 ，估算 收稿 日期 ：2014—02—27；编辑 ：关开澄 基金项 目：国家 自然科学青年科学基金项 目(412021