咸水层中二氧化碳地质封存有效系数的探究——以江汉盆地为例

李 松，李义连，喻 英，吴远柱

(中国地质大学(武汉)环境学院，湖北 武汉 430074)



咸水层中二氧化碳地质封存有效系数的探究
——以江汉盆地为例

李 松，李义连，喻 英，吴远柱

(中国地质大学(武汉)环境学院，湖北 武汉 430074)

二氧化碳(CO2)地质封存技术经过近年来的发展，在理论和实际应用方面已越来越成熟，许多试点工程也已经启动，因此根据不同地区的封存条件，计算出相对精确的有效封存量是非常有必要的。目前计算有效封存量时使用的CO2地质封存有效系数E仅反映了CO2占据整个孔隙体积的比例，还有很多敏感性因子尚未考虑，严重影响了CO2有效封存量的计算精度。依托江汉盆地的基础地质资料，通过建立二维储盖层模型，并设置不同的边界条件、注入模式和盐度等影响因子来进行CO2灌注的数值模拟研究，并通过模拟得出的数据，建立起一套不同敏感性因子对于CO2地质封存有效系数的影响模型。

CO2地质封存；有效系数；咸水含水层；影响因子；数值模拟；江汉盆地

随着社会经济的发展和人类活动的增加，20世纪以来，大气中以二氧化碳(CO2)为主的温室气体浓度持续增长。根据美国国家海洋及大气管理局初步测算结果显示，2005年大气中CO2浓度较2004年提高了2.6×10-6，导致全球的平均温度大约增加了0.6 ℃[1-3]。预计到2100年全球温度将会比1990年上升1.4～5.8℃，这一增长速度达到了近1 000 a来温度升高的最大值[4]。全球变暖对生态系统和人类活动产生了严重的影响，这一问题正日益受到世界各国的广泛关注。近年来，围绕这一问题开展了国际峰会十余次，研发碳减排技术、发展低碳经济已成为今后相当长一个时期社会经济发展的主旋律[5-7]。在多种碳减排技术中，CO2地质封存被认为是目前较短时期内可有效缓解大气中CO2含量持续升高的有效方式，已被政府间气候变化专门委员会(IPCC)确定为降低温室气体浓度、缓解气候变化的一个选择方案[8]，试点项目已在世界各地实施。其中将CO2封存于深部咸水含水层是一种既经济又能有效缓解温室效应的对策，把来源于地下的碳素还归原处也是一种符合自然规律的选择[9]。

CO2地质封存技术经过近年来的发展，在理论方面的成熟度已经有所提高，越来越多的试点工程也已经启动。但向深部咸水含水层注入超临界CO2会增加地下空间的压力，且CO2具有腐蚀性，会与注入井、储层及周围区域的矿物发生化学反应，从而影响到封存环境和封存安全性[10-11]。因此，在工程启动前，根据不同地区的情况，从经济可行性、环境、安全等角度考虑计算出相对精确的CO2有效封存量是非常有必要的。虽然国内外对于CO2封存量计算的研究正在逐步发展，但目前研究主要集中在计算参数的丰富和准确度上，对于计算CO2有效封存量时使用的有效系数研究较少，基本上都采用直接取值0.02的简单方法，而由于不同地区的实际条件相差很大，这对于CO2封存量计算的准确度会产生很大影响。为此，本文以江汉盆地为例，通过数值模拟方法探讨了在不同敏感因素条件下深部咸水层中CO2地质封存有效系数的改进方法，使得对CO2有效封存量的计算更加精确，从而有效提高CO2灌注工程的安全性和经济可行性。

1 国内外关于CO2封存量的研究现状与发展

CO2地质封存的主要场所为深部咸水层和油气藏中，本文主要研究的是CO2在深部咸水层中的封存。目前国内外对于CO2在深部咸水层中的封存量已经提出了很多计算方法，以下将列举一些国内外不同阶段比较有代表性的方法。

(1) 该方法由欧盟委员会提出：首先假设计算的是密闭咸水层，其封存空间来源于咸水层基质及孔隙流体的压缩性，则咸水层中CO2的理论埋(储)存量可通过下式计算[12]：

MCO2ts=A×ACF×SF×H

(1)

式中:MCO2ts为CO2在深部咸水层中的理论储存量(×106t)；A为深部咸水层所在盆地面积(km2)；ACF为深部咸水层覆盖系数(无量纲)，通常取0.50；SF为埋存系数,取0.2×106t/(km2·m);H为咸水层厚度(m)。

该方法虽然计算比较简便，但前提条件是理想情况下，即含水层的整个孔隙空间都被CO2充分占据，没有考虑实际条件下各种因素的影响，计算的储存容量远远大于实际值，由于经济、技术等因素的限制，很难实现，所以此方法并不实用。

(2) 该方法由Ecofys和Tno-Ting在2002年的报告[13-15]中提出：假设咸水层1%的体积为构造地层圈闭，且仅仅有2%的构造地层圈闭可用作CO2的埋存，则咸水层中CO2的理论储存量计算公式如下：

MCO2ts=ρCO2S×A×H×0.01×E×φ/106

(2)

式中:ρCO2S为地面条件下CO2的密度(kg/m3)；E为CO2地质封存有效系数(无量纲)，取0.02；φ为深部咸水层岩石的平均孔隙度(%)。

该方法提出了有效系数的理论，但仅仅对有效系数E做简单取值0.02，在粗略计算时可以采用。

(3) 该方法由李小春等[16]提出，由于注入CO2之前，咸水含水层中含有少量CO2，加之咸水含水层在原状条件下的碳含量和pH值很难测得，故直接采用饱和度来计算咸水层中CO2的储存容量，其计算公式为

SCO2=αAHηφRρwMCO2

(3)

式中：SCO2为咸水层中CO2的储存容量(g)；α为可用于封存CO2的咸水层范围占总盆地的比例，取0.01；η为含水层厚度占总沉积层的比例(%)；R为地层水中CO2的溶解度(mol/kg)；ρw为储存深度条件下饱和CO2的咸水密度(kg/m3)；MCO2为CO2的摩尔质量，取为44 g/mol。

该计算方法较方法(1)、(2)，综合考虑了CO2的溶解度、含水层厚度修正和一些实现储存CO2的经济因素，结果较接近实际封存容量，精度较前两种方法大大提高。但该方法计算前，需先进行大量的野外现场试验，然后经过数值分析，才能得出较为接近的各项系数的经验值，从而计算出含水层CO2的溶解量。由于现场试验和数据处理过程中都不可避免出现误差，虽然最终计算较为简便，但试验和数据处理工程较复杂。

(4) 该方法由碳收集领导人论坛根据埋存机理[17]提出，认为CO2在深部咸水层中的封存量由两部分构成，即束缚气机理封存量和溶解机理封存量。目前我国在计算深部咸水层中CO2地质封存量时，主要采用此算法，其计算公式为

束缚气机理封存量：

MCO2tr=ΔVtrap×φ×SCO2t×ρCO2r/103×E

(4)

式中：MCO2tr为CO2在深部咸水层中束缚气机理封存量(×106t)；ΔVtrap为深部咸水层的体积(×106m3)；SCO2t为液流逆流后被圈闭的CO2的饱和度(%)；φ为深部咸水层岩石的平均孔隙度(%)；ρCO2r为在储层条件下CO2的密度(kg/m3)；E为CO2在深部咸水层中的封存有效系数(无量纲)。

溶解机理封存量：

(5)

深部咸水层总封存量为

MCO2ts=MCO2tr+MCO2td

(6)

此方法相对方法(1)、(2)、(3)，实际操作性更强，且考虑了CO2在深部咸水层埋存过程中受到储层的非均质性、CO2的浮力、CO2的波及效率以及CO2在整个深部咸水层空间扩散和溶解的影响。本文主要采用这种计算方法，通过计算CO2理论封存量和实际封存量反推出CO2地质封存有效系数。

在目前的各种计算公式中，CO2地质封存有效系数E反映了CO2占据整个孔隙体积的比例。利用蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟可以得到深部咸水层置信区间在15%～85%时，CO2地质封存有效系数E的范围大概为0.01～0.04。目前许多文献中对CO2地质封存有效系数没有给出具体的值，该值需要根据具体的实际情况来确定，同时可以通过数值模拟方法或工作经验来确定。据此，本文通过江汉盆地数值模拟的实例，提出一些在不同敏感性因素条件下CO2地质封存有效系数的改进方法，使得对CO2有效封存量的计算更加精确。

2 数值模拟方法

2.1 模拟软件介绍

本文采用由美国劳伦斯伯克利国家实验室开发的TOUGH2软件进行咸水层中CO2地质封存的数值模拟。该软件可以用于非等温多组分多相流体在一维、二维和三维孔隙和裂隙介质中的流动和运移。其中，TOUGH2软件中的ECO2N模块，是一个流体性质模块，是为CO2在深部咸水层的地质封存而专门设计的，它包括对H2O-NaCl-CO2混合物的热动力学、热物理学性质的描述[18]，并将H2O和CO2在液相、气相和固相沉淀与溶解态中的平衡相组成、温度(10℃≤t≤110℃)、压力(P≤60 MPa)、盐度(最大值可达到盐的饱和度)、盐的溶解和沉淀、含水层的孔隙度和渗透率的变化都考虑在内，且模块中热动力学参数的范围适用于CO2封存于深部咸水含水层的绝大多数情况[19-20]。

2.2 研究区概况

江汉盆地位于长江中游，湖北省中南部，地处北纬29°40′～31°58′、东经111°00′～114°22′，东起应城，西迄宜昌枝江，南至洪湖，与洞庭湖盆地相连，北自荆门钟祥，面积约36 000 km2，是在中扬子准地台中扬子坳陷内发育起来的“上叠式”中新生代大陆裂谷盐湖盆地[21-23]。江汉盆地一级构造单元可划分为“5凸”和“11凹(地堑)”的格局，如图1所示。本文的研究区主要位于江汉盆地南部潜江凹陷和江陵凹陷，选取的地层为区内白垩—古近系的潜江组地层。其中，潜江组下部的砂岩为封存CO2的储层，上部的泥岩为盖层。砂岩储层孔隙度为20%，渗透率大于5×10-15m2；泥岩盖层孔隙度约为13%，渗透率小于5×10-16m2[24]。研究区地层发育完整，厚度均匀稳定，且顶部埋深大于1 000 m，适合进行CO2地质封存的研究。

2.3 模型的建立

为了建立一个具有普遍性的模型，为其他盆地的CO2地质封存工作提供一定参考，本文根据江汉盆地潜江组地层情况，建立了一个规则的二维储盖层模型，便于在不同地质条件下的应用。模型在水平方向的总长度为2 000 m，以20 m一个网格平均分割为100个网格；垂直方向上的总长度为200 m，以10 m一个网格平均分割为20个网格；Z方向厚度为30 m，没有进行分割，共2 000个网格。其中模型在垂直方向上为1个砂岩储层和1个泥岩盖层，储层设定为均质砂岩，厚度为120 m，盖层设定为均质泥岩，厚度为80 m，模型尺寸大小为2 000 m×200 m，详见图2。

2.4 水文地质学及热力学参数设置

由于在实际地层中水文地质学及热动力学参数的分布是非常不均匀的，且具有各向异性，这就给实际区域的CO2地质封存工作带来了一定的困难。故本文将采用数值模拟的手段，通过对相关文献[24-27]中的数据概化，确定了江汉盆地的水文地质学及热动力学参数，最大可能地保证模拟结果的合理性和可靠性。

本文选取的模拟目标为潜江组地层，埋深约1 100 m，初始静水压力为11 MPa，地温梯度为2.6～3.4℃/100 m，平均值为3.0℃/100 m[24]。砂岩孔隙度设置为16%，水平方向渗透率为5×10-13m2，垂直方向渗透率为5×10-14m2；泥岩孔隙度设置为12%，水平方向渗透率为5×10-16m2，垂直方向渗透率为5×10-17m2。采用定压注入CO2的方式，经过前期大量模拟工作，将模拟时间设定为灌注300 a，此时注入效率已经非常低，CO2流速低于1×10-6kg/s，已接近充满储层。模型中具体水文地质学及热力学参数的设置详见表1。

2.5 影响因素选择及模拟条件设定

在CO2地质封存中，目前的CO2地质封存有效系数E只简单反映了CO2占据整个孔隙体积的比例，即2%，但在CO2地质封存的实际过程中，影响CO2占据孔隙体积比例的因素还有很多，如边界条件、灌注模式、盐度、储盖层异质性及产状等。相对来说，边界条件、灌注模式和盐度三种影响因素的敏感性较强，且可以在模型中得到更真实的体现，所以本文选取这三种影响因素来研究其对CO2地质封存有效系数的影响。

表1 模型中的水文地质学及热力学参数设置

本文将CO2地质封存边界条件分为三种，即开放条件、封闭条件和半封闭条件，如图3所示[28]。流体可以相对轻松地在水平方向发生扩散从而为注入CO2留出空间的系统称之为开放系统[29-30]；在某些地质条件下，封存CO2的盆地可能会由低渗区或者断层分开，这样的一个封存空间就属于封闭系统[31]；实际情况中，上覆盖层不可能完全不透水，压力堆积会造成部分注入的CO2通过盖层，在这种情况下，咸水含水层的作用就像一个“半封闭”系统。

CO2的灌注方式可分为单井灌注和多井灌注，单井注入时需要研究在不同灌注压力下，不同边界条件CO2地质封存有效系数的变化；多井灌注条件需通过设定不同数量的注入井来研究实际注入CO2总量的变化及CO2地质封存有效系数的差异。与此同时，还需在不同边界条件下设置不同的盐度来量化含水层中盐度对CO2地质封存有效系数的影响。

3 数值模拟结果及分析

3.1 边界条件的影响分析

为了研究不同边界条件对CO2地质封存容量及有效系数的影响，本文通过设置不同的边界条件和不同的灌注压力(注入压力)对单井灌注模式进行数值模拟，考察不同边界条件和注入压力下灌注300 a后的CO2灌注量(注入量)，其模拟结果见表2和图4。

表2 不同边界条件和灌注压力下的CO2注入量

注：P0为注入点初始状态下的静水压强。

此外，利用公式(4)、(5)、(6)，通过计算求得CO2理论封存量为546.85×103t(尚未乘以CO2地质封存有效系数E)。在模拟条件下，液流逆流后被圈闭的CO2的饱和度SCO2t为0.797，在储层条件下CO2密度ρCO2r为594.1 kg/m3，CO2在地层水中的溶解度R为1.226 mol/kg。

由图4(a)可见，在单井灌注模式下各边界条件对应的CO2注入量是不同的：封闭系统的注入量最小，并且在注入压力大于1.9P0之后，CO2量随着注入压力的增大增加缓慢，在这种系统中，注入CO2导致的压力堆积非常严重，由于要避免压力积累可能带来的地质力学破坏，会严格限制CO2的注入量；半封闭系统的CO2注入量随着注入压力增加相对稳定，在注入压力增大后，一小部分流体会向上扩散进入或通过盖层；而在开放系统中，随着注入压力的增大，CO2注入量增加速度非常快，对于这样的开放地层，除了最大井底压力的限制之外，CO2注入造成的压力堆积通常影响不大，由于流体可以相对轻松地在水平方向发生扩散，所以CO2在水平方向上分布更广也更加均匀。

不同模拟条件下的CO2注入量与计算出的理论封存量的比值即为CO2地质封存有效系数E。总体来看，CO2地质封存有效系数E随着注入压力的升高而增加，通过图4(b)CO2地质封存有效系数E的变化曲线，可以得出三种边界条件下CO2地质封存有效系数E与注入压力的关系式如下(利用Excel表格拟合趋势线得出，下同)：封闭系统E=-4×10-5P3-7×10-5P2+0.001 6P+0.015 8;半封闭系统E=-1×10-5P3+0.000 1P2+0.000 7P+0.017 1;开放系统E=2×10-5P3-0.000 5P2+0.004 8P+0.017 2。其中，注入压力P的取值范围为1.1P0≤P≤2.5P0。

经显著性检验，封闭系统、半封闭系统和开放系统下的CO2地质封存有效系数显著性F的检验值分别为1 182.793、5 285.958和442.465，均在1%的置信水平上显著。

3.2 注入模式的影响分析

本文通过设置不同数目的灌注井与单井灌注方式进行对比，来研究灌注方式在不同边界条件下对CO2注入量的影响。由于模型为板状，故进行多井灌注时，CO2灌注井均排布在一个平面内的相同深度，在水平距离为2 000 m的模拟区内进行等距布设(只研究灌注井在水平尺度上的相互影响)，灌注压力为地层安全压力1.5P0(一些文献中有提及，但也有许多文献中的模拟注入压力高于此值，目前尚无定论)，即注入点初始静水压力的1.5倍。通过数值模拟，多井注入模式下CO2的注入量见表3，多井注入模式下CO2注入量和CO2地质封存有效系数的变化规律见图5。

表3 多井注入模式下CO2的注入量

由表3和图5(a)可以看出:CO2注入量随着灌注井数量的增加均呈现上升趋势，在灌注井数量增加到4个时，CO2注入量的增速降低，这是由于相邻的两灌注井之间已经产生了较大的压力积聚，灌注井之间的间距过近、过远都会影响到储层有效体积，从而影响到CO2的注入量和CO2地质封存有效系数。

在本例均质岩层的条件下，通过图5(a)可以看出，在2 000 m的距离内，设置3～4个灌注井较为合适。而笔者认为在非均质岩层进行多井灌注工程时，灌注井的适宜间距应为均质条件下的3倍左右，即1 500～2 000 m；在半封闭系统或接近开放系统的条件下，灌注井间距可以稍近，但要考虑到盖层可以承受的压力，以及一旦CO2穿透盖层，上部是否还有合适的储层。通过图5(b)CO2地质封存有效系数E的变化曲线，可以得出多井灌注模式下CO2地质封存有效系数E与灌注井数量的关系式如下：封闭系统E=-0.000 3X2+0.004 2X+0.015 8；半封闭系统E=-0.000 3X2+0.005 7X+0.014 7；开放系统E=0.010 2ln(X)+ 0.027 8。其中，灌注井数量X的取值范围为1≤X≤6，且X为整数。

经显著性检验，封闭系统、半封闭系统和开放系统下的CO2地质封存有效系数显著性F的检验值分别为1 653.586、9 691.477和933.206，均在1%的置信水平上显著。

3.3 盐度的影响分析

各个盆地深部地层中咸水的矿化度变化很大，埋深为1 km左右的咸水含水层中，矿化度变化范围值可以从几万mg/L到三十几万mg/L。高盐度咸水对CO2注入量有显著影响，从而影响到CO2地质封存有效系数，因此有必要对盐度进行影响分析。为了让模拟结果具有普遍性，本文将初始盐度从5%分别调整至0%、10%、15%、20%和25%的范围，并将灌注压力设置为1.5P0。通过数值模拟，得到不同盐度条件下CO2注入量见表4，不同盐度条件下CO2注入量和CO2地质封存有效系数的变化规律见图6。

表4 不同盐度条件下CO2的注入量

由图6可见，随着盐度的增加，CO2的注入量呈下降趋势。咸水层中的固体饱和度会随盐度的增加而上升，固体饱和度代表的是原始孔隙空间中沉淀的盐所占的体积分数，除此之外的原始空隙孔隙度下的空间就是流体流动的通道。因此，咸水盐度越大，CO2和卤水有效流动的孔隙空间就越小，这样就降低了介质的渗透率从而导致注入量降低，甚至影响封存过程。另外，储层孔隙度的降低会影响整个封存潜力，因为它将影响CO2在储层中的迁移距离。咸水盐度的增大会降低CO2的溶解度并增大注入井周围的压力，即压力积累明显，会对CO2地质封存有效系数产生较大影响。通过图6可以发现,在盐度为0%～15%时，CO2注入量变化不明显，而当盐度大于15%时，CO2注入量下降较为明显。可见，在咸水层中，盐度不是很高(5%～15%)时，盐度对CO2注入量和CO2地质封存有效系数的影响较小，而盐度较高(大于15%)时，对CO2注入量和CO2地质封存有效系数的影响较大。由图6(b)CO2地质封存有效系数E的变化曲线，可以得出CO2地质封存有效系数E与盐度的关系式如下：封闭系统E=-0.000 2w2+0.000 6w+0.019 7；半封闭系统E=-0.000 1w2+0.000 2w+0.020 4;开放系统E=7×10-5w4-0.001w3+0.004 5w2-0.008 1w+0.032 5。其中，盐度w的取值范围为0%～25%。

经显著性检验，封闭系统、半封闭系统和开放系统下的CO2地质封存有效系数显著性F的检验值分别为218.609、97.501和39.646，其中封闭系统和半封闭系统下在1%的置信水平上显著，开放系统下在5%的置信水平上显著。

4 结论与展望

本文基于江汉盆地潜江组地层的资料，通过建立二维储盖层模型，并设置边界条件、灌注模式、盐度等不同影响因子，开展了数值模拟研究工作，并得到如下结论：

(1) 不同的边界条件对于CO2地质封存有效系数E影响很大，随着灌注压力的升高，开放系统中的CO2地质封存有效系数是封闭系统的1.2～2倍。

(2) 在实际工程中注入CO2时，在灌注压力和地质条件一定的情况下，相比单井灌注，多井灌注可以增加CO2地质封存的有效系数。另外，合理的灌注井间距也可增加CO2地质封存有效系数，实际工程中以灌注点静水压强1.5倍压力注入CO2时，灌注井间距以1 500～2 000 m较为合理。

(3) 咸水盐度越高，CO2地质封存有效系数越低。盐度处于较低水平(0%～15%)时，对CO2地质封存有效系数的影响不大；而当盐度较高(高于15%)时，随着盐度增加，CO2地质封存有效系数会显著减小。

本文的研究还存在如下不足：建立的模型仅为均质地质模型，与实际情况有一定差距，旨在提供一些对于CO2地质封存有效系数的改进方法，供大家参考；CO2地质封存有效系数的影响因子有很多，本文只选择了边界条件、注入模式和盐度等，而实际的CO2地质封存有效系数还受到储层非均质性和岩层产状等因素的影响，而在注入模式方面除灌注井数量外，定速灌注与定压灌注也有不同影响，在这方面还可以进行后续的研究。

[1] Holloway S.Underground sequestration of carbon dioxide—a viable greenhouse gas mitigation option[J].Energy,2005,30:2318-2333.

[2] Grimston M C,Karakoussis V,Fouquet R,et al.The European and global potential of carbon dioxide sequestration in tackling climate change[J].ClimatePolicy,2001,1(2):155-171.

[3] Bruant Jr R G,Celia M A,Peters C A,et al.Safe storage of CO2in deep saline aquifers[J].EnvironmentalScience&Technology,2002,36:240-245.

[4] 江怀友,沈平平,王乃举,等.世界二氧化碳减排政策与储层地质埋存展望[J].中外能源,2007,12(5):7-13.

[5] 耿海燕,赵东风,王嘉麟.二氧化碳封存及提高石油采收率的环境风险研究[J].安全与环境工程,2012,19(3):55-58.

[6] 王焰新,毛绪美,DePaolo.CO2地质储存的纳米尺度流体-岩石相互作用研究[J].地球科学—中国地质大学学报,2011,36(1):163-171.

[7] Gaus I,Audigane P,André L,et al.Geochemical and solute transport modelling for CO2storage[J].InternationalJournalofGreenhouseGasControl,2008,2(4):605-625.

[8] IPCC.ClimateChange2001:TheScientificBasis[R].Contribution of Working Group I to the I1lird Assessment Report of IPCC,2001:25-36.

[9] 李小春,小出仁,大隅多加志.二氧化碳地中隔离技术及其岩石力学问题[J].岩石力学与工程学报,2003,22(6):989-994.

[10]李义连,房琦,柯怡兵,等.高盐度卤水对CO2地质封存的影响:以江汉盆地潜江凹陷为例[J].地球科学—中国地质大学学报,2012,37(2):284-288.

[11]张炜,李义连.二氧化碳储存技术的研究现状和展望[J].环境污染与防治,2006,28(12):950-953.

[12]沈平平,廖新维.二氧化碳地质埋存与提高石油采收率技术[M].北京:石油工业出版社,2009.

[13]Shaw J C,Bachu.Screening,evaluation and ranking of oil reservoirs suitable for CO2flood EOR and carbon dioxide sequestration[J].JournalofCanadianPetroleum,September,2002,41:51-61.

[14]Diaz D.Screening criteria for application of carbon dioxide miscible displacement in water flooded reservoirs containing light oil[C]//SPEImprovedOilRecoverySymposium.USA,Tulsa,1996:21-24.

[15]IEA.Depleted Oil & Gas Fields for CO2Storage[G].IEA Greenhouse Gas R&D Program.

[16]李小春,刘延峰,白冰,等.中国深部咸水含水层CO2储存优先区域选择[J].岩石力学与工程学报,2006,25(5):963-938.

[17]李雪静,乔明.CO2捕获与封存技术进展及存在的问题分析[J].中外能源,2008,13(5):104-107.

[18]Pruess K.ECO2N:ATOUGH2FluidPropertyModuleforMixturesofWater,NaClandCO2[M].Berkeley,CA:Lawrence Berkeley National Laboratory,2005.

[19]Narasimhan T N,Witherspoon P A.An integrated finite difference method for analyzing fluid flow in porous media[J].WaterResourcesResearch,1976,12(1):57-64.

[20]Pruess K,Oldenburg C,Moridis G.TOUGH2User'sGuide,Version2.0[M].Berkeley,CA:Lawrence Berkeley National Laboratory,1999.

[21]方志雄.潜江盐湖盆地盐间沉积的石油地质特征[J].沉积学报,2002,20(4):608-613.

[22]袁道先.现代岩溶学和全球变化研究[J].地学前缘,1997,4(1/2):17-25.

[23]卢明国,陈凤玲,刘俊.江汉盐湖盆地沉积特征[J].中国矿业,2007,16(4):102-104.

[24]江汉油田石油地质志编写组.中国石油地质志:卷九 江汉油田[G].北京:石油工业出版社,1991.

[25]Xu T F,Sonnenthal E,Spycher N,et al.TOUGHREACT—a simulation program for non-isothermal multiphase reactive geochemical transport in variably saturated geologic media:Applications to geothermal injectivity and CO2geological sequestration[J].ComputerGeoscience,2006,32:145-165.

[26]Xu T F,Apps J A,Pruess K,et al.Numerical modeling of injection and mineral trapping of CO2with H2S and SO2in a sandstone formation[J].ChemicalGeology,2007,242(3/4):319-346.

[27]邱耿彪,李义连,张森琦,等.江汉盆地新沟油田二氧化碳地质储存的数值模拟研究[J].安全与环境工程,2013,20(2):59-63.

[28]Zhou Q L,Birkgolzer J T,Tsang C F,et al.A method for quick assessment of CO2storage capacity in closed and semi-closed saline formations[J].InternationalJournalofGreenhouseGasControl,2008,2(5):626-639.

[29]Doughty C,Pruess K.Modeling supercritical carbon dioxide injection in heterogenous porous media[J].VadoseZone,2004,3:837-847.

[30]Shafeen A,Croiset E,Douglas P L,et al.CO2sequestration in Ontario,Canada.Part I：Storage evaluation of potential reservoirs[J].EnergyConvers,2004,45:2645-2659.

[31]Neuzil C E.Abnormal pressures as hydrodynamic phenomena[J].Am.J.Sci.,1995,295:742-786.

Research on the Effective Coefficient of CO2Geological Sequestration in Salinity Aquifer— A Case Study of Jianghan Basin

LI Song,LI Yilian,YU Ying,WU Yuanzhu

(SchoolofEnvironmentalStudies,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China)

After years of development,the technology of CO2geological sequestration has been improved a lot in theoretical field and thus more and more pilot projects have started.So,calculating the relatively accurate effective sequestration according to certain storage conditions is of great necessity.At present,because of lacking certain sensitive factors,the effective coefficient E calculated only reflected the proportion of CO2occupying the whole pore volume, which seriously influenced the accuracy of the calculation of seal inventory.By using the two-dimensional model and setting up different boundary conditions,injection mode and salinity sensitive factors,this paper uses the geological data of Jianghan Basin to simulate the CO2perfusion.Based on the outcome from the simulation,the paper also establishes a set of models that estimate the different sensitive factors influencing the effective coefficient of CO2geological sequestration.

CO2geological sequestration;effective coefficient;salinity aquifer;influencing factor;numerical simulation;Jianghan Basin

1671-1556(2015)01-0082-08

2014-04-10

2014-11-25

国土资源部公益性行业基金项目(201211063)

李 松(1989—)，男，硕士研究生，主要研究方向为CO2地质封存技术。E-mail：s1637228@163.com

X701.7;X141

A

10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2015.01.015