地質(zhì)封存CO2的安全與監(jiān)測技術(shù)
可靠、經(jīng)濟的監(jiān)測手段是保證CO2安全、有效封存的重要部分。
監(jiān)測的目的有：追蹤CO2的位置、確保注入井和廢棄井未發(fā)生泄漏、確定所注入的CO2的封存量。另外，根據(jù)具體場地情況，還要通過監(jiān)測來確保地下水和生態(tài)系統(tǒng)安全及民眾健康。關(guān)于C02地質(zhì)封存監(jiān)測方法的研究和比較已開展很多，涉及工程設(shè)計、施工和環(huán)境安全評價的全過程。
目前陸地地質(zhì)封存場地的地下和地表監(jiān)測內(nèi)容主要有:
(1)CO2注入速率、注入壓力和地層壓力監(jiān)測
CO2注入速率監(jiān)測、井口和地層壓力的實時監(jiān)測和控制技術(shù)己臻于成熟。監(jiān)測數(shù)據(jù)還可用于反演現(xiàn)場尺度的水文地質(zhì)參數(shù)和多相流參數(shù)、探測儲層堵塞或滲透性增高等。
(2)井孔完整性監(jiān)測
井的注入部分和止水帶的完整性，可以通過連續(xù)監(jiān)測環(huán)空中壓力和氣體組成來監(jiān)測。壓力和成份的變化可為壓力傳感器或紅外分析儀迅速測得。通過水泥膠結(jié)測井的周期測量，確定套管與巖石之間的粘結(jié)狀態(tài)。通過套管的泄漏或井孔的直接泄漏可應(yīng)用被動聲波等手段進行監(jiān)測。
(3)儲層地球化學監(jiān)測
地球化學方法可用于地下CO2運移的直接監(jiān)測和認識CO2與儲層流體和礦物間的反應(yīng)。對流體樣品的主要離子(如Na、K、Ca、Mg、Mn、Cl、Si、HCO3-、S042-等)、pH、堿度、穩(wěn)定同位素、氣體(如烴類、CO2及其同位素)進行分析;
對酚類及其它有毒有機化合物進行分析;
開展示蹤研究，利用天然示蹤劑(與注入的CO2相關(guān)的C、O、H同位素及稀有氣體)或投放人工示蹤劑(稀有氣體、SF6、全氟化碳等)，繪制示蹤劑響應(yīng)曲線，分析CO2運移方向、速率，研究多相流的滲透力學屬性(飽和度、滲透率等)及其變化。
(4)深部C02運移的監(jiān)測
地震方法是監(jiān)測深部COZ運移的常用工具。通過4-D地震，可考察CO2暈的時空演化；
或在CO2注入前和注入后，于注入井應(yīng)用垂向地震剖面(VSP)方法，監(jiān)測CO2暈的運移和空間展布;
于注入井和監(jiān)測井應(yīng)用井間地展方法，監(jiān)測井間CO2暈的空間分布。并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果獲取CO2飽和度的空間分布，地下深部CO2的運移也可以通過測量監(jiān)測井中孔隙流體變化的方法直接確定。
通過分析流體化學組成變化(如PH、Alk、HCO3-或EC等)，判斷CO2是否到達監(jiān)測井。
此外，COZ的取樣和分析本身指示其為注入或天然來源。示蹤劑注入可更精確地確定CO2自注入并到監(jiān)測井的遷移路徑和速率。
如上所述，示蹤劑可為人工投放的氣體，如全氟化碳或稀有氣體，二者都具有很低的檢出限。尤其是稀有氣體，在巖石介質(zhì)中可較CO2運動更快，提供了CO2遷移的近似路徑。某些情況下，可由注入井和監(jiān)測井實現(xiàn)C02垂向遷移的直接測量，在套管后不同深度上采集流體樣品，可以實現(xiàn)目的部位的周期測試，取得的流體樣品可進行CO2和CO2濃度升高所致流體化學組成變化的分析。
(5)勻淺部含水層監(jiān)測
因毛細突破、機械突破和富含CO2的流體與蓋層、水泥反應(yīng)導(dǎo)致的蓋層、廢井突破，咸水和CO2將向淺部含水層泄漏.可應(yīng)用地球化學指標、示蹤氣體淺部含水層。
(6)包氣帶和地表監(jiān)監(jiān)測
確定CO2自儲層進入包氣帶，進而到達地表或僅地表環(huán)境的技術(shù)有很多。CO2在近地表環(huán)境中可以自由氣體或溶解態(tài)存在。探測CO2濃度增高的技術(shù)主要包括土壤氣體監(jiān)測和地表CO2通量監(jiān)測。
分析土壤水中主要離子(Na、K、HCO3-等)，堿度、PH，烴類氣體、碳穩(wěn)定同位素比，可以確定CO2變化量和來源。此外，因PH變化可造成鉛、砷微量元素等的活化，這些微量元素的污染或可作為CO2濃度升高的指示。土壤氣體或集氣箱中氣體的分析和CO2同位素分析有助于確定其來源，尤其是淺部生物來源的CO2與化石來源的不同.與C02一并注入的人工示蹤劑，如全氟化碳或稀有氣體，檢出限低，或可提供泄漏可能性的信息。地表CO2通量監(jiān)測主要應(yīng)用地表集氣箱和渦動相關(guān)通量儀。主要問題是天然(或部分人為)CO2背景通量較大。另一問題是需要合理設(shè)計取樣節(jié)點網(wǎng)格以實現(xiàn)綜合援蓋。
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