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摘 要： 摘要：闡述了二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存條件，以安徽省盆地咸水含水層、不可采煤層、枯竭油氣田為對(duì)象，研究評(píng)價(jià)了安徽省二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力，可為安徽省發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、實(shí)施節(jié)能減排提供地質(zhì)依據(jù)，開(kāi)辟了新的減排途徑。 關(guān)鍵詞：二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存,低碳經(jīng)濟(jì),節(jié)能減排
摘要：闡述了二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存條件，以安徽省盆地咸水含水層、不可采煤層、枯竭油氣田為對(duì)象，研究評(píng)價(jià)了安徽省二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力，可為安徽省發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、實(shí)施節(jié)能減排提供地質(zhì)依據(jù)，開(kāi)辟了新的減排途徑。
關(guān)鍵詞：二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存,低碳經(jīng)濟(jì),節(jié)能減排
1概述
二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存技術(shù)(CarbonDioxideGeologi⁃calStorage，CGS)，是將從能源活動(dòng)及工業(yè)生產(chǎn)集中排放源中(如發(fā)電廠、鋼鐵廠等)分離得到的二氧化碳進(jìn)行一定的工藝處理后注入到地下深處具有封閉條件的地層中儲(chǔ)存起來(lái)。該技術(shù)的目的就是把二氧化碳儲(chǔ)存與地下深部構(gòu)造之中，具有儲(chǔ)存容量大、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)、可利用成熟技術(shù)等特點(diǎn)，是二氧化碳捕集與封存技術(shù)中最重要的技術(shù)之一。
安徽省分布有31個(gè)中新生代陸相沉積盆地、7個(gè)煤田、2個(gè)油氣田，是儲(chǔ)存二氧化碳良好的地下空間，針對(duì)沉積盆地、不可采煤層、枯竭油氣田評(píng)價(jià)安徽省二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力，可為安徽省發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、實(shí)施節(jié)能減排提供地質(zhì)依據(jù)，開(kāi)辟了新的減排途徑。
2二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存條件
二氧化碳的地質(zhì)儲(chǔ)存需要有一個(gè)儲(chǔ)存空間大、地質(zhì)構(gòu)造封閉、穩(wěn)定安全的地質(zhì)條件，以達(dá)到有效儲(chǔ)存及儲(chǔ)存的安全保證，因此該技術(shù)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造及區(qū)域地殼穩(wěn)定性有著嚴(yán)格要求。
2.1儲(chǔ)層深度
二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存過(guò)程中常需要在超臨界壓力下將其注入，要求其流動(dòng)性好、密度大。根據(jù)二氧化碳物理性質(zhì)研究顯示，超臨界二氧化碳的臨界點(diǎn)為31.1℃，7.38MPa。一般而言，需要在地表800m以下才能達(dá)到上述溫度及壓力，考慮安全因素，二氧化碳儲(chǔ)層的深度需在地表以下1000m處，以保證注入的二氧化碳完全呈現(xiàn)超臨界狀態(tài)的高密度流體。
2.2儲(chǔ)層空間
二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存要求儲(chǔ)層巖石要有較高的孔隙度及有效的滲透率，具備流體儲(chǔ)存和流通空間，方便二氧化碳注入過(guò)程中在儲(chǔ)層中的運(yùn)移。儲(chǔ)層巖石中都會(huì)發(fā)育有孔隙、裂隙、溶洞以及其它縫隙等，這些縫隙構(gòu)成的深部空間都可以有效進(jìn)行二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存，且相互連通的空隙通道，使二氧化碳流體能夠在儲(chǔ)層當(dāng)中進(jìn)行運(yùn)移，充滿整個(gè)地質(zhì)儲(chǔ)層，從而達(dá)到最大的二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存量。
2.3地質(zhì)構(gòu)造
二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存地質(zhì)體必須是一個(gè)圈閉的地質(zhì)構(gòu)造，圈閉條件的構(gòu)成可以是地層向山彎曲成背斜圈閉，也可以是儲(chǔ)層沿上傾方向與非滲透層以斷層相接的斷層圈閉，還可以是儲(chǔ)層沿上傾方向被非滲透層不整合覆蓋的地層圈閉。二氧化碳由于超臨界狀態(tài)時(shí)密度比水小，注入到地質(zhì)儲(chǔ)層后會(huì)沿著縫隙向上滲透，因此，二氧化碳儲(chǔ)層上部必須存在嚴(yán)密的蓋層，防止其泄露或者發(fā)生次生環(huán)境事件。綜合上述二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存的深度、空間、構(gòu)造條件，適合二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存的圈閉空間有深部咸水含水層、不可采的煤層、枯竭的油氣田等。
3評(píng)價(jià)原則、方法及數(shù)據(jù)來(lái)源
3.1估算單元概化與基本估算原則
(1)僅估算理論儲(chǔ)存量，以單個(gè)盆地、油氣田、煤田為估算單元，儲(chǔ)、蓋層地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型僅為粗略概化。(2)對(duì)深部咸水含水層的理論儲(chǔ)存量估算，主要為10個(gè)安徽省中新生代陸相沉積盆地深度800~3500m范圍內(nèi)的儲(chǔ)層。(3)將油氣田作為單獨(dú)的估算單元，主要為合肥油田和天長(zhǎng)油田，并假設(shè)均已開(kāi)采枯竭。(4)將煤田作為單獨(dú)的估算單元，主要為淮北煤田和淮南煤田，估算深度為1200~2000km。(5)儲(chǔ)層的估算參數(shù)均取儲(chǔ)層范圍所得數(shù)據(jù)的平均值。
3.2估算參數(shù)取值及來(lái)源
(1)估算對(duì)參數(shù)的空間變異性不做要求，以單個(gè)盆地儲(chǔ)層參數(shù)的平均值作為整個(gè)盆地的參數(shù)值開(kāi)展計(jì)算，不做細(xì)化處理。(2)結(jié)合儲(chǔ)層的平均壓力和溫度，利用二氧化碳密度與壓力、溫度的函數(shù)關(guān)系來(lái)確定盆地儲(chǔ)層的二氧化碳密度。(3)根據(jù)儲(chǔ)層深度的壓力、溫度以及鹽度的平均值，然后通過(guò)查表法、Duan和Sun模型計(jì)算溶解度。
(4)深部咸水層的空間體積通過(guò)儲(chǔ)層在盆地內(nèi)分布面積和厚度估算求得。儲(chǔ)層在盆地內(nèi)的分布面積，首先分析可作為儲(chǔ)層的沉積地層分布范圍，作為儲(chǔ)層的基本分布面積，對(duì)儲(chǔ)層的面積延展不祥的構(gòu)造單元，取儲(chǔ)存單元總面積的1%;儲(chǔ)層厚度通過(guò)分析盆地的地層巖性及其他相關(guān)資料估算地層中可作為儲(chǔ)層的厚度,或取沉積深度平均值的10%計(jì)。(5)孔隙度根據(jù)所搜集到的估算單元范圍內(nèi)的平均孔隙度代替。
(6)油氣和煤層氣的地質(zhì)儲(chǔ)量是反映油氣田和煤田中可用于CO2儲(chǔ)層空間大小的理論量，主要通過(guò)搜集油氣和煤炭部門的資料直接獲得，參考《安徽省油氣資源評(píng)價(jià)》、《安徽省煤炭資源圖集》、《安徽省石油地質(zhì)基本特征及含油氣遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)的初步探討》及《兩淮煤田煤層氣抽采利用初步評(píng)價(jià)報(bào)告》。(7)油氣采收率主要是選擇通過(guò)區(qū)域的采收率平均值作為近似值使用，參考《新一輪全國(guó)油氣資源評(píng)價(jià)系列叢書》之《全國(guó)石油天然氣資源評(píng)價(jià)》、《全國(guó)煤層氣資源評(píng)價(jià)》。
4安徽省二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力估算
4.1盆地咸水含水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力評(píng)價(jià)
綜合各盆地深部咸水含水層的分布面積、厚度，儲(chǔ)存平均孔隙度，初始地層水的平均密度，二氧化碳在地層水溶解度及二氧化碳的摩爾質(zhì)量等參數(shù)的取值，進(jìn)行了我省盆地咸水含水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力估算。可以得到各盆地深部咸水層中二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力。其中合肥盆地儲(chǔ)存潛力最大，占全省深部咸水層總儲(chǔ)存量的33.19%;其次為阜陽(yáng)盆地，占深部咸水層總儲(chǔ)存量26.83%。
4.2不可采煤層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力評(píng)價(jià)
不可采煤層儲(chǔ)存二氧化碳的過(guò)程，可以簡(jiǎn)化為煤層氣開(kāi)采的逆過(guò)程，其核心機(jī)制是二氧化碳吸附及驅(qū)替煤層氣的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。因此，不可采煤層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存機(jī)理實(shí)質(zhì)上主要是關(guān)于二氧化碳在煤層孔隙結(jié)構(gòu)中吸附-解吸的作用機(jī)理。據(jù)安徽省煤炭資源圖集，安徽省有煤田7個(gè)，包括淮北煤田、淮南煤田、巢湖煤田、安慶煤田、貴池煤田、蕪銅煤田、宣涇煤田，其中兩淮煤田煤炭資源約占全省的97.7%，且分布較集中、資料較豐富，其他煤田分布面積小，規(guī)模有限，且資料有限，故本文確定淮北煤田和淮南煤田作為二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存評(píng)價(jià)估算煤田。安徽省兩淮煤田煤炭資源量大，煤層氣儲(chǔ)量豐富，是儲(chǔ)存二氧化碳理想場(chǎng)所。
目前，我省煤炭開(kāi)采深度已超過(guò)1000m(望峰崗煤礦)，所以本次估算認(rèn)為兩淮地區(qū)深度為1200~2000m的煤層為我省不可采煤層，即采用1200~2000m煤層中煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量進(jìn)行我省不可采煤層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力估算。通過(guò)計(jì)算，得出安徽省不可采煤層二氧化碳總地質(zhì)儲(chǔ)存潛力為6.60×108t，其中淮北煤田不可采煤層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力為2.36×108t，淮南煤田不可采煤層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力為4.23×108。
4.3油田二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力評(píng)價(jià)
油藏經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的開(kāi)發(fā)，在當(dāng)時(shí)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件下的限制，有部分原油不能采出，導(dǎo)致油藏失去了開(kāi)采價(jià)值而被廢棄，因此，可以利用該油藏儲(chǔ)存二氧化碳。鑒于已有資料情況，本文針對(duì)我省有資源量預(yù)測(cè)的較大的合肥油田和天長(zhǎng)油田進(jìn)行二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力估算。通過(guò)計(jì)算，得出安徽省油田二氧化碳總地質(zhì)儲(chǔ)存潛力為5.62×108t，其中合肥油田二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力為3.85×108t，天長(zhǎng)煤田二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力為1.77×108。
4.4安徽省二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力估算
通過(guò)上述計(jì)算，安徽省二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力為899.08×108t。其中深部咸水含水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力為886.86×108t，占全省二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力的98.64%;不可采煤層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力為6.60×108t，占全省二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力的0.73%;油田二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力為5.62×108t，占全省二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力的0.63%。
5結(jié)語(yǔ)
安徽省二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力巨大，可儲(chǔ)存二氧化碳899.08×108t。從儲(chǔ)存介質(zhì)來(lái)看，以深部咸水含水層儲(chǔ)存潛力最大，主要有合肥盆地、阜陽(yáng)盆地、沿江盆地和宣廣盆地。在今后二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存工程上的研究與探索過(guò)程中，可選擇我省勘探及研究程度較高的可行盆地進(jìn)一步深入研究，以盆地一級(jí)構(gòu)造單元為研究對(duì)象，圈定一批二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存目標(biāo)靶區(qū)，盡早開(kāi)展我省二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存試點(diǎn)、示范工作。另外，還需加強(qiáng)與煤炭、石油等部門的合作，通過(guò)人工地質(zhì)碳匯模式將二氧化碳進(jìn)行地質(zhì)儲(chǔ)存，必將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，為我省碳減排工作做出重要貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]遲元林，王璞珺，單玄龍，等.中國(guó)陸相含油氣盆地深層地層研究——以松遼盆地為例[M].長(zhǎng)春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，2000.
推薦期刊：《云南地質(zhì)》Yunnan Geology(季刊)1982年創(chuàng)刊，主要刊登云南及其它領(lǐng)域，特別是東南亞周邊國(guó)家的基礎(chǔ)地質(zhì)研究問(wèn)題，重視發(fā)表地學(xué)前沿學(xué)科以及國(guó)家、云南省地學(xué)攻關(guān)項(xiàng)目學(xué)術(shù)論文，介紹云南及其它領(lǐng)域資源勘查、開(kāi)發(fā)、市場(chǎng)化信息及動(dòng)態(tài)。
