油氣行業(yè)的CCS挑戰(zhàn)升院。

它可能有助于平衡世界對(duì)氣候變化與未來(lái)能源需求的憂慮锄灾。然而，在現(xiàn)如今階段匠借，是否需要快速建立碳捕集與封存(CCS)能力還遠(yuǎn)未達(dá)成共識(shí)覆霹。

大家都在討論需要更強(qiáng)有力的財(cái)政激勵(lì)措施，或者是以更大的稅收抵免和更嚴(yán)格的碳定價(jià)胆快，來(lái)啟動(dòng)更多的商業(yè)CCS項(xiàng)目煞陵。但鮮有提及的是，為了解所有風(fēng)險(xiǎn)與不確定性烁焙，還需要填補(bǔ)巖土工程方面的空白航邢。

二氧化碳注入專家、Melzer咨詢公司創(chuàng)始人Steve Melzer說(shuō)：“我們需要把二氧化碳放在正確的地質(zhì)位置骄蝇，而安全的CCS地點(diǎn)并不是隨處可見(jiàn)膳殷。在使用“安全”一詞時(shí)，這位有著30多年經(jīng)驗(yàn)的資深地質(zhì)工程師強(qiáng)調(diào)九火，CCS設(shè)施規(guī)劃者應(yīng)盡一切可能避免二氧化碳發(fā)生泄漏秽之。

在上個(gè)月舉行的非常規(guī)資源技術(shù)大會(huì)(URTeC)上，他與其他幾位專家一起探討了擴(kuò)大CCS規(guī)模所面臨的地下問(wèn)題吃既。他們承認(rèn)，雖然CCS已有50年的跟蹤記錄跨细，但與阻止氣候變化的必要措施相比鹦倚，它顯得微不足道。

凹讲眩克森美孚計(jì)劃在美國(guó)墨西哥灣沿岸建立CCS中心震叙，該油氣巨頭表示，到2040年散休，該中心每年將消耗1億噸二氧化碳媒楼，是目前全球注入量的兩倍多。然而促讶，肮壅埽克森美孚也表示，如果沒(méi)有政府的資金支持侮捷，它就無(wú)法推進(jìn)這個(gè)1000億美元的項(xiàng)目担戏。

01. 油氣行業(yè)的CCS挑戰(zhàn)

國(guó)際能源署(IEA)在其《2050年凈零排放》報(bào)告中表示，到2030年，CCS能力必須達(dá)到每年16億噸二氧化碳堵生。然后到2050年嘁梦，這一數(shù)字必須上升到每年76億噸。

若用油氣行業(yè)更熟悉的體積單位钾士，上述數(shù)值分別相當(dāng)于800億立方英尺/天與380億立方英尺/天的二氧化碳滩蔼。

如今，全球23個(gè)CCS項(xiàng)目(其中19個(gè)在美國(guó))每年只注入大約4000萬(wàn)噸二氧化碳应揉，或20億立方英尺/天粥搓，用于永久封存。截至去年俭驮，還有65個(gè)商業(yè)CCS項(xiàng)目正處于開(kāi)發(fā)階段回溺。

盡管最近的發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，但全球CCS能力必須在未來(lái)30年至少增長(zhǎng)兩個(gè)數(shù)量級(jí)混萝，才能實(shí)現(xiàn)國(guó)際能源署的凈零排放設(shè)想遗遵。根據(jù)一項(xiàng)研究，如此龐大的數(shù)量可能意味著全球需要10000到14000口二氧化碳注入井逸嘀，而現(xiàn)在遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠车要。

02. 關(guān)鍵的地下問(wèn)題、瓶頸與機(jī)遇

為了達(dá)到國(guó)際能源署概述的龐大數(shù)值崭倘，非常規(guī)資源技術(shù)大會(huì)上的專家談及了CCS開(kāi)發(fā)商必須首先解決的幾個(gè)地下問(wèn)題翼岁。

1、蓋層完整性

合格的地質(zhì)密封是永久儲(chǔ)存二氧化碳司光、避免泄漏到地表或含淡水層的首要要求琅坡。保持蓋層的完整性有幾個(gè)方面，但這一切都始于合適的選址残家。

構(gòu)造活動(dòng)較少的地層是尋找注入點(diǎn)的好位置榆俺。美國(guó)的穩(wěn)定地層包括Denver-Julesburg盆地(前陸盆地)、Permian盆地(Cratonic盆地)闸骨，以及美國(guó)墨西哥灣沿岸(張裂板塊/被動(dòng)大陸邊緣盆地)扯殴。

在Permian盆地從事二氧化碳項(xiàng)目的Melzer說(shuō)：“Cratonic盆地的魅力在于，它們通常被蒸發(fā)巖所覆蓋奔祟。蒸發(fā)巖鬓惶，特別是鹽巖，在相對(duì)較低的壓力與深度(如1500psi, 2500ft)具有延展性翎丢。在這樣的條件下庞炕，你就能得到一個(gè)非常有效的密封，可以在下面注入任何東西即荞。”

注入油藏的橫向連續(xù)性是另一個(gè)關(guān)鍵因素泥出。Melzer表示：“如果沒(méi)有這種物性柴怒，我們將需要增壓，這會(huì)造成密封失效辟焚。”

2肩雾、井筒完整性

除地層之外，另一個(gè)重要問(wèn)題是注氣井本身以及它的鉆井/建井方式究滞。

Hamed Soroush指出：“鉆井期間發(fā)生的井漏以及鉆井造成的拉伸裂縫會(huì)對(duì)井筒完整性構(gòu)成威脅症杏，并可能成為二氧化碳的泄漏通道。除了優(yōu)質(zhì)的鉆井作業(yè)之外瑞信，防止二氧化碳逸散的另一個(gè)關(guān)鍵是套管外的優(yōu)質(zhì)固井作業(yè)厉颤。”

利用可靠的地質(zhì)力學(xué)建模，CSS規(guī)劃者可通過(guò)優(yōu)選井眼軌跡與泥漿密度來(lái)避免井下問(wèn)題凡简。然而逼友，Soroush警告說(shuō)：“盡管準(zhǔn)確的地質(zhì)力學(xué)模型在降低風(fēng)險(xiǎn)與項(xiàng)目成本方面很有價(jià)值，但糟糕的地質(zhì)力學(xué)模型可能會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)秤涩，造成完全相反的結(jié)果帜乞。”

3、誘發(fā)地震活動(dòng)

雖然誘發(fā)地震活動(dòng)的規(guī)模一般較小筐眷，但也會(huì)對(duì)生命和財(cái)產(chǎn)構(gòu)成威脅黎烈，還可能會(huì)影響蓋層或井筒的完整性。

為了避免造成上述事件匀谣，CCS項(xiàng)目將基于大量地質(zhì)特征來(lái)確定安全注入閾值照棋，以避開(kāi)敏感區(qū)域，因?yàn)閼?yīng)力場(chǎng)的變化可能會(huì)重新打開(kāi)斷層或大裂縫武翎。

油氣行業(yè)的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)是非常有用的烈炭，因?yàn)樵撔袠I(yè)已經(jīng)對(duì)北美鹽水處理井的誘發(fā)地震活動(dòng)進(jìn)行了大量研究。

Soroush 再次強(qiáng)調(diào)督巍，這個(gè)問(wèn)題需要地質(zhì)力學(xué)建模偷菩，特別是用以解釋儲(chǔ)層中流體動(dòng)力學(xué)與溫度變化的多樣性。他堅(jiān)持說(shuō)：“想要識(shí)別微地震風(fēng)險(xiǎn)拄下，并通過(guò)優(yōu)化注入方案來(lái)預(yù)防微地震風(fēng)險(xiǎn)，地質(zhì)力學(xué)是唯一手段卖檬。”

4鸳咐、井間干擾問(wèn)題

在經(jīng)濟(jì)效益的推動(dòng)下，許多二氧化碳運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的終點(diǎn)都集中在CCS位置静熊，也就是許多注入井的井場(chǎng)泥觉。隨著未來(lái)幾年對(duì)CCS能力需求的增加，這將顯著增加復(fù)雜性亩咪。

伊利諾伊州地質(zhì)調(diào)查所石油地質(zhì)主管Hannes Leetaru說(shuō)：“雖然注入的二氧化碳仍在井筒周邊紊捉，但壓力效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)的怯路，并擴(kuò)張至相當(dāng)遠(yuǎn)的距離。”

因此溯剑，附近注入井的二氧化碳羽流會(huì)相互作用蛉加，產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)與不確定性，必須做好規(guī)劃缸逃。這會(huì)影響到一個(gè)地區(qū)的未來(lái)使用针饥，所以需要進(jìn)行區(qū)域性的管理。

英國(guó)地質(zhì)調(diào)查局科技總監(jiān)MichaelStephenson指出需频，壓力前沿可能會(huì)影響鄰井的封存能力丁眼。他表示，在這種情況下昭殉，也許不是最好的地質(zhì)位置苞七，但實(shí)際上是最好的，因?yàn)樗苊饬司g干擾挪丢。

5蹂风、數(shù)據(jù)獲取

借助公開(kāi)可用的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，CCS研究與規(guī)劃人員可避免誘發(fā)地震活動(dòng)吃靠，并估算出注入能力硫眨。

然而，Stephenson表示巢块，需要將更多私人持有织岁、研究機(jī)構(gòu)持有的其他不同數(shù)據(jù)集都匯集起來(lái)，以便更好地描繪全球CCS的未來(lái)炒垫。

他補(bǔ)充說(shuō)：“眾所周知着脐，這是整個(gè)地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的全球性問(wèn)題。全球有很多數(shù)據(jù)够煮，但其中很多存在于小型私人數(shù)據(jù)庫(kù)中畸居，難以獲取。因此涌現(xiàn)出深度-時(shí)間數(shù)字地球計(jì)劃(DDE)等類似的解決方案弟茸。”

在國(guó)際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)盟的領(lǐng)導(dǎo)下栅洁，DDE正在開(kāi)發(fā)一個(gè)開(kāi)放平臺(tái)，將現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)中的地球科學(xué)數(shù)據(jù)連接起來(lái)版叁，并整合數(shù)據(jù)科學(xué)工具劳诽，以幫助研究與新發(fā)現(xiàn)。

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6定歧、地層評(píng)價(jià)

如今，全球只有四個(gè)大規(guī)模CCS設(shè)施在向深部鹽堿地層進(jìn)行注入僻匿。不過(guò)官地，在未來(lái)酿傍，鹽堿地層被認(rèn)為是CCS的首要目標(biāo)，這在很大程度上要?dú)w功于其在全球范圍內(nèi)的廣泛分布以及巨大的儲(chǔ)存能力驱入。

然而赤炒，高鹽度地層會(huì)降低二氧化碳的溶解度，也就是氣體溶解到鹽水中的能力沧侥。因此可霎，斯倫貝謝的儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)產(chǎn)品經(jīng)理Rahul Grover說(shuō)：“需要深入了解含水層的鹽度。”

這可能會(huì)推動(dòng)對(duì)低鹽度地層的需求宴杀，可以通過(guò)現(xiàn)有的測(cè)井技術(shù)(例如向下光譜)識(shí)別這些地層癣朗。Grover表示：“專業(yè)測(cè)井工具可測(cè)量出地層中的氯含量，再結(jié)合其他測(cè)井手段旺罢，就可為我們提供可靠旷余、連續(xù)的地層水鹽度估算結(jié)果。在注入階段扁达，可以使用其他光譜測(cè)井技術(shù)測(cè)量二氧化碳的飽和度正卧。”

永久性光纜是另一種技術(shù)資產(chǎn)，可以監(jiān)測(cè)壓力波前沿缨拇、飽和羽流茅早、地應(yīng)力，并獲取4D微地震測(cè)量數(shù)據(jù)类紧。Grover指出肘论，光纖是檢測(cè)泄漏與識(shí)別地震活動(dòng)的成熟工具。