二氧化碳地質封存Welcometo第一節:CO2地質封存利用的物理檢測第二節:CO2地質封存利用的化學檢測第三節:CO2封存風險評估第六章:CO2封存檢測第一節、CO2地質封存利用的物理檢測地震監測地震監測方法是C02封存與利用的重要監測手段,在不同時間點對注入場地進行地震探測，得到不同時期的地震剖面。隨著C02不斷注人與時間推移，地震剖面與注入之前差別明顯。挪威Sleipner項目從1999年開始，每兩年對注入場地進行一次四維地震探測，觀察到明顯的儲層底部下推現象，表明C02沒有向地面運移泄漏:美國Fo項目采用了時移地震和垂直地震剖面(VSP)進行監測，澳大利亞0tway項目利用垂直地震剖面對C02進行監測。一、地震監測常規的三維地震勘探雖然可以得到有關地下結構、構造、巖性等地質信息，但是在石油開采或者碳封存利用項目中，需要對地下石油或者C02等流體進行動態監測，了解其在地下的運移情況，此時就需要運用四維地震監測技術。四維地震監測技術又稱時移地震監測技術，指在生產過程中，在同一地區不同的階段進行勘探，此時儲層內流體的相關性質在兩次勘探期間的變化可以通過地震響應的變化得出，在經過四維地震處理與解釋之后，通過成像等技術得到有關儲層物性參數的變化。四維地震監測第一節、CO2地質封存利用的物理檢測四維地震監測是對C02進行長期監測最好的技術手段。為了達到應用四維地震監測流體前緣和流體動態特征的效果，儲層應該具備孔隙度高、流體飽和度和屬性變化大、埋藏位置不要過深等特征。實施四維地震監測的可行性分析主要是確定研究區域在巖石參數、流體飽和度(水油和C02，及壓力的最大變化范圍內所產生的4D信號，通過建立4D地震模型，來分析流體及壓力產生的4D信息是否可被檢測出來。(一)地震屬性基礎1.概念地震屬性指的是原始采集的地震數據經過疊前或者疊后處理，再通過數學算法得出能夠反映地質信息的一些屬性。檢波器等接收儀器采集到的地震信號是由地震波在地表或者近地表激發之后經由地下巖石而產生的。在這個過程中，地下巖石發生振動，儲層的性質例如飽和度、物性以及含油氣性等都會影響地震信號，因此地震信號也會反映出這些儲層信息。地震屬性的種類很多，所以地震屬性技術可以揭示出有關儲層的各個方面的信息。該技術已經在儲層儲層參數描述、動態監測以及儲層預測方面得到了廣泛的應用。2.分類

屬性的分類需要從不同角度來說明，對于一個地震信號，可以分解得到振幅、頻率相位的信息，從數學方法方面來說，地震屬性對地震數據的數學統計有著極重要的作用，能夠得到統計學、運動學、幾何學等信息。從提取手段來研究，地震屬性包括各種定量化的地震信息，可以根據需要提取。從地球物理方面來看，地震屬性是地下不同構造巖性的表征量，可以用來反映這些地層性質。

對于屬性的分類，基于以上三方面的考慮，可以有不同的分類。(1)幾何屬性是地下反射結構的體現，可以得到有關構造方面的信息，例如同相軸傾角、旅行時、橫向相干性等。物理屬性主要用于巖性和屬性特征解釋，按提取方式可分為兩種:通過地震道的解析得到的屬性、通過疊前地震資料計算出的地震屬性。第一節、CO2地質封存利用的物理檢測第一節、CO2地質封存利用的物理檢測(2)時間屬性、振幅屬性、頻率屬性和吸收衰減屬性時間(地層序列)類屬性可用來解釋構造信息，振幅類屬性可得到有關地層和儲層信息;頻率類屬性雖然沒有徹底研究透徹，但是一般認為會提供有關儲層的其他信息;吸收(1)幾何屬性和物理屬性衰減屬性提供有關滲透率的信息。基于物理或者數學運算得出的屬性稱為一般屬性，這些屬性比較基礎，并且在盆地中(3)一般屬性和特殊屬性都是可預測的，包括層內峰值撮幅、時間結構、復數振幅與頻率、廣義希爾伯特屬性、層傾角與方位、保邊去噪、邊緣探測、AVO、相關以及頻譜分節。有些屬性只有在統計學上井間相關性較好和通過地震模型驗證之后才有意義，這種屬性稱之為特殊屬性，特殊性一般僅在當前儲層有效，如果某種特殊屬性和儲層性質相關性很好時，那么通過地震模型研究可以得出一些儲層物理性質3.地震屬性提取方法地震屬性是地下動力學、運動學參數的體現，選擇合適的屬性可以準確反映出地層巖性、構造和流體性質。在前期地質、測井等資料的研究基礎之上，了解地下儲蓋層分布之后，可以提取數據體或者相應層位的屬性。不同的屬性提取方法也不一樣。

剖面屬性的提取目標是一個剖面的瞬時屬性，瞬時屬性是通過希爾伯特變換得到的;此外，還有相干體、道積分數據體。層屬性提取是指沿層拾取地震數據體中的屬性，主要包括固定時窗屬性、單層位屬性、層間屬性。固定時窗屬性提取是指在提取時設定一個固定時間，最終得到的是該時間點的屬性。這種方法雖然簡單方便，但是提取的屬性只是某個時間點上的屬性，層位是水平的，如果地層是傾斜或者有其他構造時，效果不好。層間屬性是以拾取的兩個解釋層為目標，提取兩個解釋層之間對應的屬性，在其上下有兩個時間偏移量，上下偏移量的變化會導致時窗的變化。第一節、CO2地質封存利用的物理檢測第一節、CO2地質封存利用的物理檢測單層位屬性和層間屬性相似，只是以拾取的單個層為目標，然后在其上下有兩個時間偏移量，上下偏移量的變化會導致時窗的變化。層間屬性對層位的要求比較嚴格，提取的時候要時刻保證上下層界限明顯，不可串層，否則會降低結果的精確性。圖1沿層屬性提取方法示意圖第一節、CO2地質封存利用的物理檢測地震屬性分析的目的是綜合多種地震數據屬性，通過地震屬性剖面圖、地震屬性平面圖、地震巖相劃分，結合測井和巖石物理結果，把它轉化成巖石和流體性質的數據，來進行儲層或者油藏描述。(1)地震波振幅屬性振幅是指振動的物理量可能達到的最大值，它是表示振動范圍和強度的物理量。地震波振幅是地震波的動力學性質之一，研究地震波振幅在地震勘探中具有極重要的意義。地震波從激發、傳播到被接收，其振幅隨傳播距離的增加而衰減。地震波振幅衰減，往往造成深層反射波的振幅比淺層反射波振幅小幾百倍至數萬倍，有時甚至得不到深層反射波。

地震波振幅和波形變化的影響因素很多，主要有三類;第一類是激發條件的影響，包括徽發方式(爆炸或其他)、激發強度、組合激發的效應、震源與地面的耦合狀況等;第二類是地霞波在傳播過程中受到的影響，包括波前擴散、地層吸收、反射系數大小、透射損失、人射角大小、多次反射、波型轉換等造成的衰減;第三類是接收條件的影響，包括檢波器、放大器及記錄儀的頻率特性對波的改造，檢波器的組合效應，檢波器與地面的耦合狀況等。4.常見地震屬性除此之外，反射界面的彎曲和粗糙程度也對地震波振幅有影響，地下凸界面使反射波分散，振幅減弱;而凹界面有聚焦作用，使反射振幅增強。界面的粗會產生散射使振幅變弱。波前擴散、地層吸收、透射損失、反射系數大小、波的散射等因素是影響地震波振蝠衰減的主要地質因素。地震波振幅類屬性是以能量的大小以及相位極性來反映波形情況。一般來說，振幅屬性能夠提供以下有用信息:在儲層內部可以用來識別含氣和含流體、分析總體的巖性以及孔隙情況，同時在沉積相上可解釋某些類型的礁、河道和三角洲砂體，在構造上可以用來解釋不整合面、調諧效應以及層序地層變化等。此外，振幅屬性在橫向上的一些變化在地層解釋上有很大作用，可以將反射層內的穩定地層從雜亂地層和丘狀反射層中識別出來。通常情況下，穩定地層的振幅最大，其次是丘狀反射層，最后是雜亂地層。第一節、CO2地質封存利用的物理檢測(2)復數道屬性將每一個道進行希爾伯特變換，就可以得到對應的復數迫屬性。坦性包括種，三瞬屬性(平均反射強度、平均瞬時相位、平均瞬時頻率)、反射強度斜率以及瞬時標率斜率。

平均反射強度:反射強度可認為是與相位無關的振幅值，它是地震數據的包絡。取平均值即得到平均反射強度。對于每一個時間采樣點，反射強度由下式計算:反射強度=[(實地震道)2+(虛地震道)2]1/2平均反射強度對于檢測由于巖性和地層改變而引起的時間序列振幅值上的變化很有幫助，也對由于氣體和流體聚集，不整合和調諧效應而引起的振幅異常識別很有幫助。平均反射強度突出振幅的異常，可用于識別火成巖、礫巖體、鹽丘等形成的振幅異常;識別三角洲河道、洪積扇等地質現象，適合于大套地層、不適于薄層。第一節、CO2地質封存利用的物理檢測第一節、CO2地質封存利用的物理檢測

平均瞬時相位:瞬時相位描述的是相位移(由時間序列的實組分和虛組分組成的旋轉向量)和實軸(時間的函數)之間的角度。平均瞬時相位提供地震時間間隔內的總的相位特征的平均值。相位上的橫向變化可能與沉積物中的流體容量改變或是一個層序中地層特征的變化有關。平均瞬時相位反映地震反射層的相位特性，可確定地層的尖滅點、幫助對比解釋超覆、尖滅等不整合界面。

瞬時相位計算式如下式所示:

、--實組分和虛組分。

平均瞬時頻率:瞬時頻率表示以時間為函數的瞬時相位的變化率，它是對相位地震道的斜率的估值，是相位的導數。平均瞬時頻率與氣體飽和度或地層斷裂，或巖性及地層改變相聯系，可檢測含氣層、識別小斷層、裂縫帶等吸收系數大的地層。

瞬時頻率計算式如下式所示:第一節、CO2地質封存利用的物理檢測反射強度斜率:反射強度的斜率反映反射強度的變化梯度，可用于識別不同時代的地層的分別范圍。如果反射強度在整個間隔內保持不變，其斜率將接近零值;如果反射強度到間隔底部是逐漸增加的，則斜率值是正值;如果反射強度到間隔底部是逐漸減少的，則斜率值是負值。一個儲層的流體體積改變，反射強度的斜率在響應上也會改變。

瞬時頻率斜率：頻率垂向上的變化常常是由氣體飽和度的吸收效果或是裂縫引起的別·是在氣層下的含氣砂體可立即顯示出頻率漸交港，的反體中增這個垂向變化可由瞬時頻率的斜率檢測出來，可做氣體區域的橫向繪圖。

復數道屬性提供一些有用信息，包括識別含氣租含流體、總體的巖性、某些類型的、河道和三角洲砂體、不整合面、調諧效應以及層序地層變化。

(3)頻譜屬性主頻系列:所確定時窗內的每一個輸人道的估算值是由能量譜中的三個最主要頻率分組成包括低頻段峰值、中間頻段峰值、高頻段峰值。

有效帶寬:數據體時窗內的有效帶寬是由數據體的零延時的自相關函數值除以采樣周期與道兩邊所有自相關函數值之和的乘積。有效帶寬被看作是定量化的相似數據體，狹窄的帶寬就是比較相似的數據體，較寬的帶寬是不太相似的數據體。因此，寬的帶寬表示非均質的反射特征，被認為是復雜的地層;窄的帶寬表示的是較簡單的或平滑的反射特征認為是均質的地層模式。在一個狹窄的帶寬區域，低振幅，高頻，連續的平行反射代表低能量沉積環境，認為是深海頁巖。

弧長:被定義為地震道的波形長度，是在時窗內對所有地震道的變化范圍的比例測了假設用地震道的波形樣式繪制地震道曲線，然后一根繩子放在地震道上跟著每個波形波動，地震道的弧長就是當繩子伸展開的總長度。頁巖和砂巖的界面，一般有一些突變和高阻抗的反差，弧長就用于頁巖層序和含砂量較高的層序之間的識別，帶寬越小，弧長就越接近總絕對值振幅。第一節、CO2地質封存利用的物理檢測第一節、CO2地質封存利用的物理檢測

峰值譜頻率：對于所確定時窗內的每一輸入道，峰值譜頻率的估算值是由能量譜中單-的最主要的頻率組分組成。峰值譜頻率相似于主頻系列，主頻系列估算值是由能量譜中越接近總絕對值振幅。峰值譜頻率提供了一種追蹤主頻特征的方法。主頻特征可能受油氣飽和度、斷裂、巖性、地層變化等因素影響。例如，油氣飽和砂體吸收了較高的地的三個最主要的頻率段組成。震頻率，就會出現較低的峰值譜頻率值。（4）時間序列屬性時間序列屬性一共有12種屬性，包括正負采樣點比、能量半裝時、能量半衰時斜案大于以及小于門檻的百分比等，集中在能量序列、極性對比以及振幅門檻分析。時間屬性可以用來識別巖性序列、得到層序地層圖，對振幅異常值進行描述。

5.四維地震屬性分析內容

通過四維地震技術進行C02地質封存利用的研究是一套系統化的流程，主要分為采集、處理和解釋三大流程。其中后期四維地震研究內容主要包括，地震資料與巖石物理可行性評價、原始地震資料的重復性評價、地震資料的四維處理與解釋、儲層內剩余油分布與預測和四維地震采集處理與解釋的經濟性評價等內容。在實際四維地震工作過程中，地震數據的采集和處理是在不同時間點完成的。由于采集時外界環境的不同、近地表的不同、采集儀器以及參數不同，還有處理過程中可能的處理人員、處理技術和所用軟件及參數的不同，因此，四維地震處理過程中要特別注意采集參數的一致性以及處理流程的一致性。(1)屬性的選擇

使用不同時間點的地震結果進行四維分析，對于儲層區域，應具有是能反映儲層性質發生變化的屬性;對于蓋層等非儲層區域，相關屬性應該不發生變化，也就是不同時間的屬性應該有較高的一致性。為了評價一致性，可以在地震剖面中計算某一時窗的一致性,例如，頻譜一致性、時間偏移誤差、振幅比率以及振幅差異均方根等。一致性計算使用較多的是歸一化均方根差、相似系數。歸一化均方根差是在相同的時窗和頻率帶條件下進行計算，數值在0~2之間，接近0表示極性相近，有較高的一致性接近2則說明極性不同，一致性差。第一節、CO2地質封存利用的物理檢測第一節、CO2地質封存利用的物理檢測

相似系數是不同時間點地震數據相似性的度量值，相似系數越大，說明一致性越高。相似系數計算式如下式所示。式中x和y--地震屬性;N—時間次數，下標1、2表示具體次數。

(2)屬性優化

解釋人員利用經驗或數學方法，優選出對預測目標最敏感(或最有效、最有代表性)個數最少的地震屬性或多個地震屬性組合，提高預測精度，改善與地震屬性有關的處為及解釋結果。在C02地質封存利用過程中，地震監測的理想結果是非儲層區域的四維屬性平面圖中有變化或變化很小，儲層區域變化相對明顯。但是、即不到時間點的采集參數一致理一致，也很難保證非儲層區域的完全一致，需要優化處理四維屬性分布校正。

在四維地震資料處理之后，首先會得到不同時間的地震屬性初步數據，繪制儲層和非層區城屬性的分布直方圖以及平面順層切片圖，然后對非儲層區域不同時間點數據進行正，使數據差異盡量最小，這樣能夠消除非流體因素;然后將該方法應用到儲層之中到的最終結果就能夠反映儲層非流體因素所產生的變化。(二)巖石物理理論1.Gassmann流體替換方程地震波彈性參數(地震波速度、阻抗等)與儲層的一些重要參數有密切關系。這些儲層數包括孔隙度、巖相、孔隙流體類型(水、油、氣)、孔隙流體飽和度、以及孔隙壓力。第一節、CO2地質封存利用的物理檢測第一節、CO2地質封存利用的物理檢測多年來，很多學者都致力于研究地震波速度對這些參數的敏感程度，隨著地震采集和地震處理技術的發展，對于地震波彈性參數與儲層參數的定量研究更加迫切，從而形成了巖石物理理論。通過地震分析得到孔隙度和巖相信息，首先要建立合理的巖石物理正演模型,來準確描述儲層巖石或沉積物的彈性參數。常用的“有效介質模型"有“包含模型(Inclusionodels)”和“接觸模型(Contactmodels)”，前者近似于一個彈性塊中有一些孔洞，后者近似于若干獨立的彈性顆粒互相接觸。

忽略介質中不同成分的排列形式，根據Voigt模型和Reuss模型可確定不同組成成分彈性介質的彈性參數最大值和最小值。Voigt最大值表示見下式:式中--第i種成分的體積分數;--第i種成分的彈性模量，可以是體積模量K、切邊模量μ、楊氏模量E等。此邊界值又叫“等應力平均模量(Isostrainaverage)”，相當于每種成分在承受相等應力情況下的平均應變與平均應力比值，是混合彈性體的最大彈性模量值。

第一節、CO2地質封存利用的物理檢測Reuss最小值見下式:此邊界值又叫“等應變平均模量(losuressaverege)”，相當于每種成分在發生相同應變莆況下的平均應變和平均應力比值，是混合彈性體的最小彈性模量值。孔介質越硬，彈發模量越接近

;孔介質越質軟，彈性模量越接近。(三)噪聲影響分析

四維地震監測中，考慮C02注入過程中流體替換和壓力變化造成的振幅差異會被噪聲覆蓋，不同時間點采集的地震資料噪聲程度不同，也會帶來差異噪聲并可能被解釋為C02流體和壓力變化而造成解釋陷阱。為了研究噪聲對C02流體識別和地層壓力變化的影響需要建立地震波正演模型，并模擬C02注人過程的儲層變化。再對模型加入不同程度的噪聲，分析不同信噪比下C02,振幅差異的被覆蓋程度。

(一)VSP技術定義

VSP定義為在地表設置震源激發地震波，在井內安置檢波器接收地震波，即在垂直方向觀測人工場，然后對所觀測得到的資料經過校正、疊加、濾波等處理，得到垂直地震劑面如圖2所示。垂直地震剖面是相對常規水平地面地震而言(圖3)。圖4-4垂直地震剖面技術示意圖圖4-5常規水平地面地震示意圖第一節、CO2地質封存利用的物理檢測垂直地震剖面技術(VSP)圖2垂直地震剖面技術示意圖圖3常規水平地面地震示意圖VSP技術是將接收系統置于井中進行觀測的一種地震勘探技術，它減少了表層低速帶對地震波高頻信號的衰減作用。對于VSP觀測，淺層影響是單程的，使得接收的地震信號比地面地震有更高的分辨率。

VSP采集裝備包括:井口震源、井下檢波器、記錄儀器、電纜、參考波器。

第一節、CO2地質封存利用的物理檢測(二)VSP技術優缺點VSP的優點體現在六個方面:①VSP是在井中觀測的，研究地質剖面的垂直變化，同地面地震勘探相比，地震波運動學和動力學特征明顯:②VSP有較高的信噪比，波的變小，干擾少;③垂直地震剖面可直接記錄與界面有關的較純的子波波形，VSP資料只一次經過表層，主頻衰減小，有較高的分辨率:④VSP可同時記錄上、下行波，便于對地震波的方向特性進行研究;⑤利用三分量觀測，除縱波之外，還可以接收橫波資料，通過定量分析，有利于研究地層巖性和波的性質;⑥從VSP中提取的速度參數、振幅信息、巖性參數等比地面地震容易、真實，有較高的保真度。VSP相對地面地震有三個主要缺點:①采集工藝復雜，需要井孔、電纜、電纜車、井下檢波器及重復性好的震源，工作環節多且繁瑣;②僅能用于注入過程監測和獲得井周和井間一定距離范圍內的信息;③占用井場時間長、經費開支大。

(三)VSP技術類型

1.零井源距VSP技術

零井源距VSP技術是將炮點布置在井口附近，井口激發，井中接收的一項VSP技術其偏移距一般為幾十米至百米左右。在井中檢波器級數較少的情況下，需不斷提升檢波器、多次激發，以達到全井段觀測的目的。具體操作是先把檢波器下到井底，每激發一次，檢波器由井底向上提升一次。在地下界面水平、井豎直的情況下，零井源距VSP方法在橫向上只是一個菲涅爾帶的反射，因此零井源距VSP也稱為一維VSP。第一節、CO2地質封存利用的物理檢測第一節、CO2地質封存利用的物理檢測

2.非零井源距VSP技術非零井源距VSP方法是指將炮點布置在離井口稍遠的固定位置激發，井中接收的VSP技術。該方法的偏移距可以達到數百米至幾千米。零井源距VSP實際上是一維觀測，只探獨沿并桂菲涅爾帶內的地層變化，不能了解并旁構造和地層巖性的變化。非零井源距VSF是二維觀測，可以得到并旁小剖面，具有較高的垂向和模向分辨率。實踐證明，非零并源距VSP觀測不僅能接收縱波，還可以接收較強的轉換橫波信息。3.變井源距VSP技術第四章地虎封存利變井源距VSP技術也叫作變偏移距VSP技術、walkawayvsp技術，是在地表沿一跨井的直線激發、或者從井口往外沿一直線單邊激發，并中放置三分量檢波器接收的一項井簡物探技術。采用遠近多炮點激發的方式，能夠接收到不同偏移距炮點激發的反射資料,因此，與非零井源距VSP技術資料相比，可以彌補非零井源距VSP剖面最深檢波點以下反射自區的不足。同時，也使得各反射點具有更高的覆蓋次數，資料的信噪比更高，也有利于在后續處理中進一步提高資料的垂向分辨率。此外，VSP技術還包括方位VSP技術、三維VSP技術、逆VSP技術、隨鉆逆VSP技術多分量VSP技術和方向VSP技術。

方位VSP技術是在井旁不同方位激發地震波，以此來探明不同方位地質情況變化特性的一種方法。

三維VSP技術是激發點按所設計的觀測系統，圍繞井孔逐點激發的一種方法。

逆VSP技術是采用井中激發，地面全方位接收的一種觀測系統，在保持了資料高分辨率的基礎上又擴大了井周區域的成像范圍。

隨鉆VSP技術是將鉆頭作為震源，檢波器在地面接收鉆頭產生的實時信號的一種逆VSP技術。

多分量VSP技術是采用特殊的多分量震源和多分量檢波器進行采集，根據震源和檢波器不同，可以分為九分量VSP技術、四分量VSP技術和三分量VSP技術。

方向VSP技術是針對海上斜井的一種采集系統，震源在船行駛中激發，使激發位置位于檢波器之上，在井口處還另外布置一個震源。第一節、CO2地質封存利用的物理檢測測井技術通過記錄鉆井中聲波時差、電阻率、自然伽馬、自然電位等參數曲線,研究鉆井地層的電化學、導電性、聲學和放射性等特性。測并資料的優點為分辨率高、投資小,可用于各個時段的監測;缺點是有效信息范圍較小。

一、地層水電阻率評價從理論上來說，當CO2氣體呈氣相或超臨界相單獨存在時，它并不導電。然而當地層中有水存在時，CO2可部分溶于水，使得儲層的電阻率測井值降低。通過對地層水電阻率進行評價，可監測CO2封存情況

(一)電阻率-孔隙度組合法求地層水電阻率電阻率-孔隙度組合法是利用阿爾奇公式的推導變形求取地層水電阻率，這是目前計算地層水電阻率最常用的方法。但利用電阻率-孔隙度組合法求取地層水電阻率時解釋層段必須選用層厚大、含水率為100%，并且具有較大的孔度的標準水層。解釋層段還應是純砂巖地層，當地層內存在泥質時會造成導電能力增加，加大計算誤差。第一節、CO2地質封存利用的物理檢測測井技術監測(二)中子俘獲自然伽馬能譜預測地層水電阻率

C1含量是衡量地層水礦化度的一個關鍵指標。C1和其他地層元素的特征自然伽馬線在俘獲自然伽馬能譜上重疊。利用加權最小二乘法，求解特定能量范圍的俘獲譜，從得到與C1有關的自然伽馬計數，然后用熱中子計數比計算地層孔度。結合與1有關的自然伽馬計數、熱中子計數和孔隙度，導出水的鹽度。同時，自然伽馬射線時間譜的地電導率信息可作為地層水礦化度結果的參考參數。

在中子俘獲自然伽馬能譜測井過程中，脈沖中子源(D-T發生器)發射的中子與工具周圍的核素相互作用，中子能量將衰減到熱中子階段(0.025eV)。通過非彈性散射和熱中子俘獲誘導自然伽馬射線。在熱中子俘獲反應中，接近平衡溫度的中子被目標核(如GH、Si等)吸收，并釋放出一組不同的特征自然伽馬射線能量去激發。與地層礦化度密切相關的C元素與常見的地層元素(Si、Ca、Fe、Na)相比具有較高的熱中子俘獲截面。因此，地層水礦化度可以通過C1發出的自然伽馬射線計數確定。第一節、CO2地質封存利用的物理檢測第一節、CO2地質封存利用的物理檢測但地層水中C1元素的含量低于地層基質中Si、Ca、Fe元素的含量，能譜中的C1特征自然伽馬射線峰也會受到其他元素的影響，特別是在低能量范圍(康普頓散射平臺重疊)因此，采用最小二乘法進行能譜分析，選擇能量范圍5.2~7.8MeV進行C1特征自然伽馬射線產率計算。模擬5.2~7.8MeV的單元素自然伽馬能譜設為矩陣A。矩陣數據的每一列表示單元素在不同能量倉中的自然伽馬射線計數。將檢測到的光譜設為向量X，則不同元素(包括氯元素)的特征自然伽馬射線計數(向量Y)為:理論上，計算得到氯的自然伽馬射線數(Y)由C的含量和熱中子通量決定。計算地層水礦化度需要考慮井眼水礦化度(C。)和地層孔隙度()。通過試井作業和井眼測試結果可以確定井眼水礦化度。地層孔隙度可以通過密度、中子孔隙度或聲波孔隙度計算。因此，地層礦化度可用下式計算。第一節、CO2地質封存利用的物理檢測式中SAL--地層水礦化度，mg/L;

K1和K2--由已知礦化度和孔隙度的實驗井標定;

--熱中子通量。

利用該方法計算地層水礦化度不受油基鉆井液或水基鉆井液的影響，應用范圍較廠但其受到巖性、孔隙度和并眼流體鹽度效應的影響，需要利用特定方法進行校正，計算為復雜繁瑣。二、聲波測井聲波測井分為聲速測井和聲幅測井，聲波速度測井簡稱聲速測井。地層聲波速度跟地的巖性、孔隙度以及孔隙流體性質等因素有關。根據聲波在地是中的信縣渡定地層孔隙度、巖性即孔腺流體性質。在C02，地質封存過程中:因為水和C02的聲波速度差異明顯，可用聲波測并方法評估C02地羽流流過井筒時引起井壁地層聲波速度的改變。

瞬變電磁法是利用脈沖電流產生一次磁場，在一次脈沖場間隙觀測地下介質感應的變二次電磁場的一種時域電磁法。其觀測為純二次場信息，具有受地形影響小，異常響應強，形態簡單，分辨能力強等優點。目前，國內采用變電磁法對C0,注入煤層后的運移進行監測。

在煤層氣開發中，煤層受CO2注入的壓裂作用，結構和構造發生變化;煤層的泊松比等彈性力學參數發生變化，煤層與圍巖之間的波阻抗差異更加明顯;同時，CO2注入煤層后，煤層中CO2，的飽和度發生變化，其電阻率在CO2，注人前后有明顯的差異。第一節、CO2地質封存利用的物理檢測電磁監測一、基本原理第一節、CO2地質封存利用的物理檢測利用瞬變電磁法研究煤層中CO2,注入前后電阻率等物性參數的變化，識別煤層中CO2注人后運移范圍。根據阿爾奇經驗關系式進行模擬計算，可獲得CO2流體注入煤層后的電阻率變化。1942年阿爾奇創建了經驗關系式，并且在一些場地和實驗室的研究中成功地測試。它描述了多孔巖石、流體飽和度以及該導電流體電阻率之間的關系，見下式。式中--流體飽和巖石的電阻率，Ω·m;

--導電流體的電阻率，Ω·m;

--導電流體飽和度;巖石的有效孔隙度;--經驗常數，通常為1;m--膠結指數；n—飽和指數；

在壓力為7.5MPa、溫度為40℃的條件下，C02飽和砂巖的電阻率大約是原來的3倍;在深度約為650m的鹽水層中，C02注入后電阻率大約增加2倍。在煤層中也同樣存在-膠結指數;mn--飽和指數。

在實際操作中，根據C02注入情況，分不同次數進行瞬變電磁法數據采集，每次觀測C02注人后煤層附近電阻率增大的現象。參數保持一致。煤層中C02注人的變電磁勘探施工主要依據MT/T898-2000《煤炭電法勘探規范》、DZ/T0187-1997《地面瞬變電磁法技術規程》等相關規范要求。第一節、CO2地質封存利用的物理檢測第二節、CO2地質封存利用的化學檢測

檢測靈敏度:示蹤劑需要具有較高的檢測靈敏度，以便于能夠在最短的時間內捕提并掌握其流人動態。

穩定性:示蹤劑不與地層中的其他物質發生反應，包括化學反應和生物反應等，穩定性的高低直接決定了示蹤劑的適用程度以及監測信息的準確性。

一、示蹤劑監測為直接監測C02地質封存情況，可將探測技術與示蹤技術相結合，選取合適的氣體示蹤劑，采用經濟的探測方法，實現對C02地質封存泄漏情況的監測。

示蹤劑是為觀察、研究和測量某物質在指定過程中的行為或性質而加人的一種標記物。示蹤劑既可以按照物質屬性分類，也可以按照使用用途進行分類。示蹤劑性能要求第二節、CO2地質封存利用的化學檢測

分配系數:當溫度、壓力為定值時，對同一種組分而言，需要其在氣液兩相中分配的濃度差異明顯、比值固定，以K表示，即K=Cx/Cg。K能夠明確指示溶質的離散性質及運動能力，表示儲層內示蹤劑在氣相和液相中的分配程度。混合度:示蹤劑在多孔介質中的運動機理與注人流體相同，均受對流作用和彌散作用的控制。對流作用由壓力梯度產生，遵循達西定律。其中分子擴散與機械彌散綜合作用構成彌散。濃度的明顯差異是分子擴散的先決條件，不受流速的控制;機械彌散則是流體在多孔介質中運動的結果。這三部分可由混合都表示。混合都越小，氣體示蹤劑在儲層中的應用效果越好，但與滯留度同理，合適的混合度也是示蹤劑篩選的重要組成部分。滯留度:儲層巖石表面會對示蹤劑產生一定的吸附作用，留度小，表明儲層巖石對示蹤劑的吸附量小，飽和度對其影響比較有限。相反的，倘若滯留度較大，則需要更多的示蹤劑才能達到預期的效果。但滯留度也并非越小越好，例如對于CO,-EOR而言，滯留度過小意味著很難達到混相，由此帶來的副作用表現為示蹤劑監測信息的不準確性。所以合適的滯留度是篩選氣體示蹤劑的重要條件之一。(一)示蹤劑流動機制

在多孔介質中的示蹤劑注人流體，受對流和水動力彌散效應控制。對流傳播速引起木流體的運動、它由達西定律主導。壓力梯度導效對流作用的產生、壓力梯度由兩個因素引起：傳播一是井間的壓差;另一個是流體密度的差異。對流作用主要依賴于并組形狀及生餐引起:在對流過程中，所有影響速度的參數(如相對滲透率、黏度、壓力梯度)也將發揮條件。流體水動力學彌散包括分子擴散和機械彌散。分子擴散建立在組分之同的液體濃度陀用，(分子從高濃度向低濃度擴散)，與流速無關，而機械彌散是恒溫條科多用哈準飾治座中流體產生的溶質擴散效果。微觀上，示蹤劑的彌散是由于流過單一機須并保會與數的度變化引起的。在二維流動中，這種特點表現為流動的方向(經向)和業直于策動力潤緯向上的混合。由于示蹤流體的彌散作用，逐漸擴展，除了占據了流體對責作用影動的區域，還增加了一部分混合流動區域。混合作用影響區域大小取決于流動體系的九何形業及多孔介質分散程度，所以示蹤曲線呈波狀。測試表明，低速情況下，受分子擴散作用控制:高速則受機械彌散作用控制，緯向混合系數比經向混合系數小很多。混合作用是局部現象，示蹤劑在多孔介質運動時，會擴散和稀釋。因此，一般情況下，分子擴散和緯向的混合效果是微乎其微的。第二節、CO2地質封存利用的化學檢測二、示蹤劑流動模型第二節、CO2地質封存利用的化學檢測氣體示蹤劑對于水溶性示蹤劑而言，只有在驅替速度很低的情況下需要考慮分子擴散的影響,其余時候可忽略，所以Brigham的假設實驗中沒有設置分子擴散的因素。但氣體示蹤劑則不然，分子擴散的影響不可忽略，它是示蹤劑在地層中流動的重要因素，故對氣體示蹤劑的研究，應將分子擴散作為重點考慮。

1.水動力學彌散作用

彌散現象以機械彌散為主，同時包含由示蹤劑濃度差異引起的分子擴散。分子擴散不受流速影響，在分子熱運動的影響下，示蹤劑分子從高濃度帶向低濃度帶擴散，直至達到平衡狀態。

當示蹤劑開始在地層中運移時，隨著示蹤劑的傳播，其在流動范圍內占有的區域逐增大，而并不僅僅是依照平均流動速度估算出的區域。每個滲流通道的特征均不一樣，那么處于不同滲流通道內的示蹤劑流動速度和方向也各不相同，正因為這種差異性才導致注人地層中的示蹤劑在多孔介質中占有的體積越來越大，這就是機械彌散。第二節、CO2地質封存利用的化學檢測注入開始階段示蹤劑濃度很低，這是沿程擴散的結果，即示蹤劑在其流動方向上的超越現象導致一部分示蹤劑的流速較平均滲流速度高。其后隨著持續注入，示蹤劑的濃度漸升高。倘若不考慮彌散，示蹤劑的流動嚴格遵守達西定律。

示蹤劑在縱向上的彌散是沿著流體流動方向進行的，由于流動方向的流速較其他方向大很多，所以彌散以縱向為主，但這并不意味著其他方向無彌散或不需要考慮彌散。引起彌散的主要原因:①外力作用;②分子擴散;③儲層孔隙結構;④由流體間物理化學作用引起的濃度變化;⑤固體與流體間的作用:⑥流動模式的改變。四、同位素監測北非的InSalah項目將開采后期的油氣田用于C02封存，加拿大的Weybum項目將C02注入油田用于驅油和C02封存，以上兩個項目在注入過程中加入C同位素對C02運移和泄漏情況進行監測。選擇”C作為示蹤劑是借鑒C02驅油過程中對地下油層分布及走向的監測。

同位素示蹤所利用的放射性核素(或穩定性核素)及它們的化合物，與自然界存在的相應普通元素及其化合物之間的化學性質和生物學性質是相同的，只是具有不同的核物理性質。因此，就可以用同位素作為一種標記，制成含有同位素的標記化合物(如標記食物藥物和代謝物質等)代替相應的非標記化合物。利用放射性同位素不斷地放出特征射線的核物理性質，就可以用核探測器隨時追蹤它在體內或體外的位置、數量及其轉變等，穩性同位素雖然不釋放射線，但可以利用它與普通相應同位素的質量之差，通過質譜儀、相層析儀、核磁共振等質量分析儀器來測定。放射性同位素和穩定性同位素都可作為示蹤劑，但是，穩定性同位素作為示蹤劑靈敏度較低，可獲得的種類少，價格較昂貴，其應用范圍受到限制;而用放射性同位素作為示蹤劑不僅靈敏度，測量方法簡便易行，而且具有能準確地定量，準確地定位及符合所研究對象的生理條件等特點。第二節、CO2地質封存利用的化學檢測同位素示蹤技術三、監測體系CO2鹽水層地質封存地球化學響應的監測指標體系，包括水化學常量組分、微量組分和同位素組分等。監測指標

監測指標包括地下水總堿度、離子濃度、化學需氧量、細菌總數等。

化學需氣量(COD)是反映水體有機污染物的綜合指標，也是衡量水體污染情況的主要因子。隨著C02，泄漏量不斷增加，水體中COD呈緩慢上升的趨勢。其主要原因是C0人水體后，在氣泡浮力作用下，使得本來沉積在水體底泥中的難以降解的有機物懸浮在水體中，使得COD增高。此外，C02的泄漏導致水體中0,含量減少，使得一些浮游生物老化死亡，尸體不斷分解產生有機物，COD進一步增高。第二節、CO2地質封存利用的化學檢測第二節、CO2地質封存利用的化學檢測水體金屬離子濃度:C02泄漏對水體中的金屬離子含量沒有直接影響，主要是與水反應生成碳酸后，通過水-巖石、水-土壤之間的相互作用，間接使水體中金屬離子組分發4變化，繼而導致水體電導率、礦化度及總硬度發生改變。例如，黃土塬區土壤質地松軟易遭受水流侵蝕，C02發生泄后水體酸化，加快了水體土壤及巖石的溶解速率，導致Ca”、Mg“等金屬離子遷移至水體中，金屬離子濃度升高，引起水體電導率、礦化度及硬度上升，使水體普遍成為硬水、極硬水。總體變化呈現出“先快后慢”的上升趨勢，這一趨勢在夏季溫度較高時更為明顯。

細菌總數:水體中的細菌總數隨水溫的變化影響較大，夏季時細菌總數高于冬季,具體變化順序為夏季>秋季>春季>冬季。研究表明，水溫高于15℃時，微生物代謝活性增強，且溫度每升高10℃，微生物生長速率可提高一倍。C02泄漏進人水體后，隨著反應的進行，水體濁度增高，可以附著營養物質，水中顆粒物成為細菌生長的重要載體此外，水體pH值降低，使在酸性條件下生長繁殖的細菌獲得優越的環境，其總數也會增加。一、CO2封存風險因素：目前全世界先進國家均已進行CO2地質封存(主要為提高油氣采收率)，至今尚未有聽聞因CO2泄漏而導致危害生命安全的案例?風險類型?腐蝕風險?泄漏路徑第三節、CO2封存風險評估（一）風險類型：?井下作業中如發生井噴，可能對環境空氣及生態環境造成危害；第三節、CO2封存風險評估（一）風險類型：?二氧化碳驅油涉及到不同的地層，在有危害的地質構造區域，可能出現油氣泄漏，對環境空氣及生態環境造成危害；第三節、CO2封存風險評估（一）風險類型：?油氣管道、工藝站場若出現破裂，對環境空氣及生態環境造成危害第三節、CO2封存風險評估（二）腐蝕風險：腐蝕類型按流體相態劃分可以分為氣相、液相、超臨界以及多相腐蝕碳捕集、利用與封存系統超臨界CO2腐蝕問題超臨界CO2輸送管道內腐蝕CO2注入井超臨界CO2腐蝕超臨界水高溫氧化問題超臨界CO2循環系統材料腐蝕電力工業超臨界萃取設備材料腐蝕石油工業電力工業化學工業第三節、CO2封存風險評估某CO2驅井筒腐蝕CO2驅注采井筒完整性井筒結構生產井內壁結垢CO2驅油利用過程注入的CO2中可能含有H2S等腐蝕氣體，會對管柱造成較嚴重穿孔和斷裂等損害。主要腐蝕類型有：微生物腐蝕、應力腐蝕開裂、電偶腐蝕和縫隙腐蝕等。在高礦化條件下生產井可能出現嚴重的結垢問題，誘發垢下腐蝕。井筒材質包括N80、P110、13Cr、超級13Cr、15Cr和22Cr等（二）腐蝕風險：第三節、CO2封存風險評估生產井內壁結垢某CO2驅井筒腐蝕某CO2驅注井筒完整性井筒結構（二）腐蝕風險：第三節、CO2封存風險評估N80鋼在CO2-H2S環境中具有一定的應力腐蝕開裂敏感性。而對15Cr油套管鋼來說，在溫度為150℃，CO2分壓為4MPa，H2S分壓在1MPa時，15Cr油套管鋼的點蝕敏感性較高，當σs為80%時，試樣出現裂紋。有研究表明，油套管接箍縱向開裂的主要原因是油管材料在硝酸溶液介質作用下接箍外表面處發生了應力腐蝕開裂（二）腐蝕風險：第三節、CO2封存風險評估（二）腐蝕風險：在CO2注入后的封存階段，地層水會上升并與注入介質混合，螺紋連接處與第一界面處可能發生縫隙腐蝕。螺紋接頭往往處于縫隙與應力的耦合狀態下，應力的施加會加劇管材的縫隙腐蝕，導致形成更深的腐蝕凹槽硫酸鹽還原菌（SulfateReducingBacteria,SRB）腐蝕可以發生在縫隙內，同時SRB、CO2和Cl-協同作用可以導致CO2驅油過程中P110管材失效。第三節、CO2封存風險評估腐蝕導致的井筒區域的完全破壞現場P110油管鋼腐蝕產物的EDS分析超臨界相緩蝕劑2-巰基苯并噻唑（MBTH）：超臨界CO2溶液中，添加100mg/L的MBTH，對碳鋼的緩蝕率可達97%，可有效緩減CO2驅注采管柱的腐蝕問題。另外，也可以結合內防腐涂層技術使用。（二）腐蝕風險：第三節、CO2封存風險評估MBTH分子結構微分電容曲線顯示，流體相態影響金屬表面的剩余電荷特性微超臨界CO2環境中空白組和添加MBTH組碳鋼的腐蝕形貌圖（二）腐蝕風險：長期的、安全的二氧化碳封存是CCUS的目標，因此，在項目的整個運營生命周期內保持井筒完整性是保證CCUS安全性的關鍵問題。水泥環與套管的界面被稱為第一界面，水泥環與巖石的界面被稱為第二界面。鹽水中雜質氣體、CO2溶解產生的酸對井筒具有較強的侵蝕性，導致水泥基質發生變化，并導致套管鋼腐蝕，從而顯著損害水泥套管界面的完整性。水泥-套管-富CO2鹽水系統中的動力學和物質交換流動CO2在井筒區域泄漏的路徑示意圖水泥環-套管界面（第一界面）腐蝕第三節、CO2封存風險評估（三）泄漏途徑：

CO2封存環節發生的泄漏的主要途徑包括：通過或壓著井泄漏、通過蓋層泄漏、沿著斷層、斷裂或其他可滲區域遷移、跨越水力圈閉泄漏第三節、CO2封存風險評估（三）泄漏途徑：CO2在地質體內運移與泄漏風險運移過程：開始注入時，CO2僅分布在注入處，且其飽和度較小；隨著注入時間的增加，CO2逐漸向遠端運移，且其飽和度也隨之增加在CO2封存的初期，絕大多數CO2以游離狀態存在，在浮力的作用下向上運移直到被蓋層所阻擋第三節、CO2封存風險評估運移過程：經過長時間的與水接觸，部分CO2溶解于水中，由于CO2飽和的地下水比未飽和的地下水密度略大，在重力的作用下CO2飽和的地下水將向下運移（三）泄漏途徑：CO2在地質體內運移與泄漏風險第三節、CO2封存風險評估封閉性:封閉性蓋層、斷層對流體運移滲透的阻礙性能泄漏通道：CO2泄漏最常見的三種情況①蓋層擴散泄漏；②斷層和裂縫泄漏；③封存區域井筒泄漏。（三）泄漏途徑：第三節、CO2封存風險評估蓋層泄漏：CO2在注入儲層后，由于浮力向儲層上部移動并在蓋層下部聚集，盡管蓋層的滲透率很低，仍然可通過多種方式突破蓋層。根據CO2侵入蓋層狀態的不同，可分為三種方式：

CO2在濃度梯度的作用下通過分子擴散侵入蓋層；CO2突破蓋層毛細阻力和儲層水以兩相流體方式侵入蓋層；CO2注入激活裂縫和斷層，侵入蓋層。第三節、CO2封存風險評估（三）泄漏途徑：蓋層泄漏：侵入蓋層的CO2誘發與蓋層巖石之間的化學反應，由于化學溶蝕的作用，蓋層滲透率和孔隙率隨時間逐漸增加，蓋層完整性逐漸損失，繼而增加蓋層滲漏的風險。第三節、CO2封存風險評估（三）泄漏途徑：斷層和裂縫泄漏：蓋層中存在有潛在的封閉斷層和裂縫，極大地增加了CO2在封存系統中的泄漏風險，其在地層上下壓差和CO2浮力的驅動下會低速泄漏。第三節、CO2封存風險評估（三）泄漏途徑：開采枯竭的油藏和氣藏，由于研究數據和開發利用較為充分，是CO2地質封存較為安全和理想的場所。但是，由于開采枯竭的油藏和氣藏的區域會存在很多鉆井，其中包括廢棄井，因此這類儲層的風險是CO2可能通過鉆井而泄漏，那些未被發現或者未能妥善處理的廢棄井是重要風險源。第三節、CO2封存風險評估（三）泄漏途徑：在CO2注入完畢之后，盡管井筒進行完全密封，但在長期封存時間里，井筒完整性是無法在CO2環境中保證不損失的，這也就導致了在CO2注入-運移-封存的整個過程中井筒是其泄漏逃逸的主要通道。封存區域井筒泄漏：第三節、CO2封存風險評估（三）泄漏途徑：石油行業的經驗表明，由于操作不當或者注氣井和采油并套管、封隔器、固井水泥環等的功能失效，廢棄注氣井或油井往往是重要的泄漏途徑之一。注氣井和采油井完整性的缺失長期以來一直被認為是CO2地質封存最有可能的泄漏途徑，尤其是當存在廢棄注氣井或采油井的情況。（三）泄漏途徑：第三節、CO2封存風險評估深部咸水層封存的CO2潛在泄漏也主要通過上述途徑，但它與枯竭油氣藏的主要差異是，其蓋層對CO2的密閉性沒有經過時間考驗;另一個差異是當CO2注入到深部咸水層時，會引起儲層壓力的增加，這帶來了過壓的風險。（三）泄漏途徑：第三節、CO2封存風險評估高壓條件下的CO2，如注入設備、注入管線、采出設備、采出管線內的高壓CO2

，一旦發生泄壓情況，CO2會大量吸熱造成設備、管線表面結霜，若發生泄漏，泄漏的CO2會在泄漏處形成干冰，會造成泄漏部位壓力圈閉，在應急處置時易發生次生傷害。（三）泄漏途徑：第三節、CO2封存風險評估第三節、CO2封存風險評估（三）泄漏途徑：CO2封存監測安全評價等級體系的制定需充分考慮各指標的科學性、客觀性與可操作性等。（１）科學性。CO2封存監測安全評價等級體系的設計必須建立在科學合理的基礎上，真實反映封存環境系統的特征。指標物理意義明確，計算方法科學（２）客觀性。一方面綜合評價指標能客觀反映封存環境狀況，另一方面通過對指標的評價能指示歷史變化規律與未來發展趨勢，客觀反映CO2封存安全環境的變化。（３）可操作性。選擇主要因子，忽略次要因子，保證數據的易得性和可靠性，把復雜問題簡單化。第三節、CO2封存風險評估1.地下水地下水是中國大部分城鎮供水安全的重要保障。咸水層CO2封存過程中若發生泄漏，將對地下水的水質帶來不利的影響。CO2溶于水后，大部分以分子形式存在，只有少數與水反應生成碳酸。當CO2溶于水形成碳酸后，由于解離作用，釋放出一定量的H+，使pH降低。隨著pH降低，CO2在水中的溶解度會隨之增加。在CO2與水形成的碳酸溶液中，咸水層周圍巖石中絕大多數硅酸鹽、碳酸鹽礦物在酸性環境下性質很不穩定，容易溶解于水，同時在適合的條件下生成新的礦物。第三節、CO2封存風險評估1.地下水在水質安全評價方面，地下水國家質量標準采用pH與硬度等依據將地下水分為Ⅰ至Ⅴ等５個等級。傅金祥采用模糊綜合評判法將飲用水劃分為非常安全、安全、基本安全、不安全、很不安全即Ⅰ至Ⅴ等５個等級。從以上研究看出，CO2泄漏對含水層的影響主要是通過pH與離子濃度兩個評價指標體現。離子濃度主要為以Ca2+和Mg2+濃度為主的硬度等指標。從水質安全角度出發，已有研究主要是根據不同判據將水質安全劃分為５個等級第三節、CO2封存風險評估2.CO2濃度與通量土壤生態系統是陸地生態系統十分敏感的重要組成部分。泄漏的CO2進入土壤，使土壤中CO2濃度與通量升高，形成缺氧的土壤環境，導致土壤中氣體組分、理化性質及土壤生物的改變，使得土壤中還原礦物增加，同時還原性氣體通量逐漸增加。CO2封存過程若發生泄漏，CO2還會穿過土壤進入大氣。CO2氣體由于比空氣重，純度高的CO2氣體會下沉，取代氧氣，造成人的窒息.根據CO2濃度分布以及毒性準則，可將CO2泄漏源附近區域劃分為致死區（CO2質量分數大于10％）、重傷區（CO2質量分數大于4％）、吸入反應區（CO2質量分數大于1％）第三節、CO2封存風險評估六氟化硫（SF6）氣體是一種無色、無臭、基本無毒、不可燃的鹵素化合物。作為一種示蹤氣體，廣泛應用于通風場壓防滅火技術中檢測采空區或火區漏風通道、漏風量以及確定火區內的火源位置等方面。由于其與CO2在物理性質上相近的特性，借鑒CO2驅油過程的實驗，可以用于CO2封存過程的示蹤劑。3.SF6濃度第三節、CO2封存風險評估SF6濃度的允許范圍取決于是否滿足衛生安全標準，是否對人體有害。GB877—88提出車間空氣中SF6最高允許濃度為6000mg/m3，有人也提出了天然低滲透巖芯CO2驅中SF6最高排出濃度為2400μg/g。GB/T8905—1996要求操作間空氣中SF6允許濃度不大于1000μg/g，短期接觸時不大于1250μg/g。綜合比較上述幾個濃度范圍，從地質封存安全性的角度考慮，這里將1000μg/g作為CO2監測過程安全性評估的最高上限。3.SF6濃度第三節、CO2封存風險評估CO2注入地下后，可能引起注入區域地表抬升等形變現象，從而帶來了封存安全性的風險。常用的地表形變監測手段有合成孔徑雷達干涉測量（InSAR），該技術利用遙感衛星多時相雷達圖像相干信息，探測地表的微小地形變化信息，其精度已經達到毫米級。從安全性角度看，注入CO2后地表形變若與背景區一致，即注入區與背景區形變的差值為零時，注入過程是最安全的。而阿爾及利亞的Insalah注入地形發生明顯的隆起，使得注入過程不得不停止。因目前暫無其他相關項目更好的例證，暫以該項目最大抬升速率作為CO2注入過程的最大形變量。4.地表形變數據第三節、CO2封存風險評估對于CO2運移范圍而言，最大的安全隱患不是CO2的水平擴散，而是垂直向上擴散。CO2往上運移的距離越大，CO2封存的安全性越低。5.CO2垂直運移深度第三節、CO2封存風險評估對于整個封存系統的CO2泄漏風險評價的方法包括了定性、半定量和定量評價方法。中國的CO2地質封存風險評價仍處于初始階段。1）定性評價方法定性評價方法一般通過分析地質體構造、蓋層特征、井筒完整性等對CO2封存的安全性進行評價。案例1：武治強等基于室內實驗分析固井因素對水力密封完整性的影響，并展望了水力密封完整性評價研究。案例2：GILMORE等基于實驗建立了分析模型定性評價斷層帶能否成為地質儲層中通過低滲透結構密封的滲漏通道。（二）評價模型方法第三節、CO2封存風險評估2）半定量評價方法半定量評價方法包括了風險矩陣方法、層次分析法以及模糊綜合評價方法等。

案例：BAI等基于風險矩陣方法評價，篩選了儲層物性、固井參數等影響因素，構建了評價數據庫，評價了油藏CO2封存的泄漏風險。（二）評價模型方法第三節、CO2封存風險評估3）定量評價方法基于封存體已有大量CO2泄漏數據，結合神經網絡、機器學習算法等，預測不同泄漏影響因素下CO2泄漏風險。案例：NAMHATA等基于貝葉斯分類理論，評價注入速率和蓋層厚度的敏感性。（二）評價模型方法第三節、CO2封存風險評估謝謝觀賞二氧化碳地質封存Welcometo第七章:CO2地質封存礦場應用技術第一節:封存場地篩選與評價第二節:井網部署與注采參數設計第三節:CO2封存指標計算第四節:封存安全性評估與檢測方案第五節:經濟性評價與方案優化第六節:實力分析二氧化碳地質封存：通過工程技術手段將捕集的二氧化碳以超臨界態（溫度高于31.1℃，壓力高于7.38MPa）注入地下深處具有適當封閉條件的地層中進行長期（千年至萬年尺度）安全封存和隔離的過程。封存場址：用于封存的地質體或地下空間以及用于二氧化碳注入、監測等設施建造的地面區域第一節：封存場地篩選與評價80CO2封存是將捕集的CO2以超臨界態注入地下深處具有封閉條件的地層中進行長期（千年至萬年尺度）安全封存和隔離的過程。為科學有效地開展CO2封存工作，確保封存工程全壽命周期安全，應開展CO2封存場地篩選及評價工作，主要涉及內容如下：①工程地質條件②封存潛力條件③社會經濟條件第一節：封存場地篩選與評價81一、工程地質條件：為明確CO2地質封存場址的地質背景信息，從地質構造、地震活動、地形地貌、地層巖性、水文地質、不良地質作用、水文氣象等方面，在此將重點放在儲層和蓋層的特性第一節：封存場地篩選與評價CO2儲層需要關注的問題包括：（1）儲層的沉積相類型（碎屑巖、碳酸鹽巖）與沉積背景；（2）儲層的埋深、厚度和三維幾何形態和完整性；（3）儲層的物性（孔隙度、滲透率）和非均質性。第一節：封存場地篩選與評價1.儲層評價：CO2氣體分子直徑小，活動能力強，對儲層物性的要求不如原油等液體那么嚴格，但對蓋層要求比儲層高。作為一個良好的CO2儲存空間，首先必須具有良好的埋存能力和注入能力，這種能力取決于儲層性質。第一節：封存場地篩選與評價1.儲集特征：（1）深度：

儲層的深度實際即為注入深度。儲層的深度應滿足CO2以超臨界流體態的形式儲存于地下，也就是說埋藏深度必須大于800m。同時也應考慮注入成本，深度必須有最大限度，一般設為3000m。第一節：封存場地篩選與評價

CO2與鹽巖發生化學反應會形成穩定的化合物或礦物（主要為鈣、鐵、鎂的碳酸鹽）。注入的CO2與儲層巖石發生緩慢的化學反應，形成碳酸鹽礦物（碎屑巖儲層）或HCO3-離子（碳酸鹽巖儲層），從而把CO2封存下來，反應式如下：第一節：封存場地篩選與評價（2）巖性特征硅質碎屑巖碳酸鹽巖（3）物性參數：儲層物性參數包括儲層孔隙度和滲透率。孔隙度和滲透率對儲層儲存CO2的能力有重要影響，孔隙度越大，儲存CO2的空間越大；滲透率越大，CO2的注入能力越大（遷移/安全性？）。第一節：封存場地篩選與評價儲層的非均質性制約著注入CO2在儲層中的流動狀況，非均質性越嚴重，CO2波及范圍越小，進而影響CO2的埋存能力第一節：封存場地篩選與評價（4）非均質性：砂巖儲層沉積環境最好的是大型河流、三角洲相和扇三角洲相。碳酸鹽巖儲層最好的是封閉或半封閉的淺水碳酸鹽臺地中最富含生物的潮間帶，其次是潮上帶和潮下帶。第一節：封存場地篩選與評價（5）沉積環境儲層的注入能力：儲層的注入能力可以用注入指數

I來表示式中：q為井筒中的流速（m3/d）；h為儲層厚度（m）；ΔP為儲層及井筒間的壓差（MPa）；K為儲層的滲透率（μm2）；μ為注入相的黏度（mPa·s）；re

為等效泄流半徑（m）；rw

為井筒半徑（m）。第一節：封存場地篩選與評價注入指數與地層系數(Kh)成正比，而與注入相的黏度成反比。由于CO2的黏度很低，所以對于低滲透儲層，其注入能力要遠高于注水。例如，在15MPa、47℃的條件下CO2的黏度僅為0.077mPa·s，而水的黏度則為0.68mPa·s，即在滲透率相同的條件下，CO2的注入能力要比注水高10倍左右。第一節：封存場地篩選與評價儲層的注入能力：2.蓋層評價蓋層封閉能力除了受其微觀封閉能力的影響外，還要受宏觀展布面積大小的制約，因此對蓋層封閉能力評價時，既要考慮蓋層的微觀封閉能力，又要考慮其宏觀發育特征。第一節：封存場地篩選與評價（1）巖性特征：只要某套巖層中流體的排替壓力大于注入下伏儲層中超臨界狀態CO2的壓力均可作為蓋層。常見的蓋層主要是頁巖、泥巖、鹽巖、石膏和硬石膏等。泥質含量對蓋層封閉性影響較大，其含量增加會降低巖層的孔隙度和滲透率，降低巖層的優勢孔隙半徑大小而增加排替壓力，從而增強封閉能力。第一節：封存場地篩選與評價蓋層發育特征（2）厚度和分布連續性蓋層厚度對封堵油氣來說要求較低。但蓋層較薄時，往往分布不穩定，對大規模CO2地質儲存不利。厚度大也不易被小斷層錯斷，不易形成連通的微裂縫。厚度大的泥巖，其中的流體不易排出，從而形成異常壓力，導致封閉能力的增加。當蓋層排替壓力不夠時，加大厚度可以彌補這一不足。第一節：封存場地篩選與評價（3）塑性及成巖階段：不同的巖石具有不同的塑性。在通常的地質條件下，常見蓋巖可塑性排列順序是鹽巖、硬石膏、富含干酪根頁巖、黏土質頁巖、粉砂質頁巖、碳酸鹽質泥巖以及隧石。泥質巖處于不同的成巖階段，具有不同的封閉能力第一節：封存場地篩選與評價（4）斷裂發育特征：貫穿蓋層的斷層能夠破壞蓋層的完整性，張性斷層可能成為CO2逃逸通道，從而引起CO2泄漏。泥巖中具有超壓或微裂縫對其封閉能力影響很大，若泥巖中開啟裂縫發育，且密度又大，則其封閉能力就低；若泥巖中發育的是緊閉的裂縫，且密度又小，則其封閉能力較強。因此，在蓋層評價中必須重視欠壓實和微裂縫的研究，以便對蓋層的封閉能力作出正確的評價。第一節：封存場地篩選與評價CO2地質儲存泄漏通道分為人為泄漏通道、地質構造泄漏通道以及跨越蓋層和水力圈閉泄漏通道3類。CO2一旦突破主力蓋層，需要之上的“緩沖蓋層”提供一定的封閉能力，從而減少或阻止CO2的逃逸，提高CO2地質儲存的安全性。（5）主力蓋層之上的“緩沖蓋層”：第一節：封存場地篩選與評價2.蓋層封閉性綜合定量評價：為了直觀地反映蓋層的封閉能力，油氣地質學將油氣流體在一定的外力條件下單位時間內通過單位面積蓋層流量的倒數定義為該蓋層的封閉指數，用符號CRI表示。對于油和氣的流量倒數分別用CRIo和CRIg表示，稱為蓋層封油指數和封氣指數，因此，CO2地質儲存可以將蓋層的封CO2指數定義為CO2CRI來反映蓋層的CO2封閉性。第一節：封存場地篩選與評價98CO2封存量是學者們關注的重點，在選址過程中，儲蓋層厚度、埋深、孔滲性等特征是影響封存潛力的重要因素，因此在５個級別中，共優選了44類封存潛力基本指標二、封存潛力條件：第一節：封存場地篩選與評價封存潛力條件可從區域級別、目標區級和盆地級別進行評價盆地級：以盆地基底起伏形成的隆起或坳陷為一級構造單元或以多個背斜、單斜和向斜形成的二級構造單元為研究對象和評價單元。目標區級/靶區級：以盆地內單個背斜、單斜和向斜形成的三級構造單元為研究對象和評價單元。場地級：以二氧化碳地質封存儲存場地為研究對象和評價單元。第一節：封存場地篩選與評價二、封存潛力條件：對于CO2封存場址，足夠大的儲層空間極為重要，沉積盆地面積大于1000km2、深度大于1600m更有利于CO2的封存。蓋層數量越多，CO2封存安全性越高，儲層數量、儲蓋層組合數量越多，勘探程度、數據支持情況越好，越有利于CO2封存。第一節：封存場地篩選與評價二、封存潛力條件：區域級選址指標適宜性評價表（封存潛力條件）第一節：封存場地篩選與評價二、封存潛力條件：盆地級選址指標適宜性評價表（封存潛力條件）第一節：封存場地篩選與評價二、封存潛力條件：目標區級/靶區選址指標適宜性評價表（封存潛力條件）CO2地質封存選址過程中，本著社會環境友好的原則，考慮地質封存成本，還需要對CO2地質封存的社會性和經濟性進行評估，在區域級、盆地級、場地級中，共遴選了12類社會經濟基本指標第一節：封存場地篩選與評價三、社會經濟條件：1.碳源規模

CO2源主要分布在能耗大、工業發達、資源豐富的地區。火電、鋼鐵等產業CO2排放的主要來源。第一節：封存場地篩選與評價中國火電廠碳排放集中在中國中部、東北、東部沿海、西南及西北局部地區；

鋼鐵企業集中分布在河北、山西、遼寧等少數幾個省內，以及鋼鐵需求量較大的沿海地區第一節：封存場地篩選與評價CO2源的分布：106

CO2排放主要分為人為排放和自然排放，其中人為排放源主要包括水泥、氮肥、合成燃料生產部門、電力部門、石油與天然氣工業以及車輛排放。自然排放以及車輛排放點源分布較為分散，捕集困難。第一節：封存場地篩選與評價CO2源的特征：107中國CO2-EOR的潛力是十分巨大的，鄂爾多斯盆地、松遼盆地、準噶爾盆地和塔里木盆地等地區有適合提高采收率的油田和大量高純度CO2源的煤化工廠，源匯匹配度高，是CCUS優先部署地區。第一節：封存場地篩選與評價CO2匯的需求及分布：北美、巴西和中國的CO2儲存能力遠遠超過1×1012t。對于大規模CO2封存而言，封存點與點源的距離也是降低CO2運輸成本、物流和技術挑戰的重要影響因素。

全球范圍內大規模CO2排放源的地理分布與潛在的陸地儲存點之間具有良好的匹配性，在CO2排放源分布密集的地區附近往往有著良好的地質封存地點。第一節：封存場地篩選與評價國內外源匯匹配現狀：中國的源匯匹配情況：從區域分布情況看，國內新疆、內蒙古、陜西等中西部地區省份的化石資源豐富，與東北、華北、西北地區的陸上封存地匹配度較高，能源與工業原料生產可通過CCUS實現較低成本的低碳化。東部、沿海地區是能源和工業原料的消費地區，特別是福建、廣東、廣西等省份能夠用于封存的沉積盆地面積小、分布零散、地質條件相對較差，加之陸上封存潛力相對有限，源匯空間錯位且匹配難度較大，在毗鄰海域的沉積盆地實施離岸封存是重要的備選方案。第一節：封存場地篩選與評價國內外源匯匹配現狀：從行業分布情況看，準噶爾盆地、吐魯番—哈密盆地、鄂爾多斯盆地、松遼盆地、渤海灣盆地是火電行業部署CCUS技術（含CO2-EOR）的重點區域，并且鋼鐵、水泥行業發達，適宜優先開展CCUS早期集成示范項目，推動CCUS技術大規模、商業化發展。

但在50km的運輸范圍內，火電行業源匯匹配情況不佳，對于未來CCUS產業集群的發展存在挑戰。相比之下，南方、沿海及其他區域的排放源距離陸上盆地較遠，后期可以考慮實施離岸封存。第一節：封存場地篩選與評價國內外源匯匹配