二氧化碳地质封存的环境监测

1/10二氧化碳地质封存及其环境监测蔡博峰/文环境监测贯穿于CO地质封存工程的前期预备、工程运行和工程完毕各个阶段，对于确定CO地质2 2封存的安全性、对四周环境的影响发挥着打算性作用。而环境风险和环境影响直接打算了CO地质封2存环境监测的监测对象、监测频率、监测布点和主要监测技术。CO2捕集与封存〔CCS〕CO2捕集、运输和地质封存的一个完整过程。CO2CCSCO2封存于地下作207020902CO2450ppmCCS2050年的减排中CCS，全球到2050CO250%70%。CO2地质封存技术相对捕获和运输技术，阅历要少得多。2023Sleipner，InSalahSnøhvit工程外，全部CO2地质封存工程都是CO2驱油工程，真正单纯的CO2地质封存工程极少。当前对于全球CO2地质封存的地质条件、特征和资源的了解几乎都是基于石油和自然气开采。而对CO2CO2险等都未有深入了解。假设CO2地质封存要在全球温室气体减排中发挥实质性作用，则必需要在安全、环保和经济的条件下大规模地推广和实施。当前国际上CO2地质封存工程进展很快，但包括加Weyburn工程在内的多数工程受阻和备受争议的主要缘由都是环境问题。解决这一逆境的核心CO2地质封存的信念。CO2往往本钱较高，细心设计、有所侧重的环境监测可以最大限度地降低监测本钱。中国二氧化碳地质封存进展CO2排放量很大，并且中国以CO2CO2CO2排放。CCUS会在中期和长期，在中国应对气候变化战略和CO2减排中发挥重要作用。2 同时，中国在CO2地质封存应用和实践方面取得了很大进步。如自然气股份202312CO2驱油工程EO。吉林油田的长岭气田中CO2含30%CO2CO2CO2捕集、埋存和提高石油采收率的目标。化工股份于2023年，在山东省成功油田开头CO2驱油工程〔EOR4.3CO7967CO2 渗透油田储量达2CO2CO230010～15%3300～4700100万吨/年烟气CO2捕集和封存工程CO22023CO210CO2。注入深部咸水层的CO2来自神华的煤液化工厂〔360CO2CO28795CO29CO2注入点，从地下10002500米，周边共有多组盖层-储层组合构造。工程最终选择了地下1690～245321个盖层-储层组合构造作为工程的CO2地下封存地层，总厚度到达112.6米。除此之外，还有一些工程正在规划中〔1。1CO2地质封存工程〔2023〕CO2CO2CO2地质封较为系统的环境监测方法和监测数据的支持，这和我国CO2地质封存工程的快速进展和应用极不相20年的阅历和教训，出台中国CO2地CO2地质封存的环境友好型进展。全球二氧化碳地质封存现状2 2 CO24个阶段，选址和评价〔3～10年，运行地下注入〔几十年关闭〔几年〕和关闭后。CO2被注入到深部地层〔通常深度超过1000米〕的岩石空隙中，从而被封CO2被安全地注入到地层中，其可能被封存长达地质时期之久。为了能更好地地质CO2COCOCO密度约为750千克/立方米。此时，CO2以气体状态布满岩石空隙，同时又具有粘稠性。能实现CO2地质封存的3个主要条件：充分的储存空间和可注入性〔足够的孔隙度和渗透性2 2 的封层〔盖层CO2要深于800米，这样压力和温度才能足够高，使得注入的CO2到达超临界状态，从而最大化地封存CO2。CCS争论所在其《全球2023CCS现状》中称，2023年全球处于不同状态〔确认、评价、打算、执行和运行〕CCS工程〔CO2捕获、运输和储存过程，并且规模在：煤电CO280万吨；其它高能耗设施每年CO240万吨〕74个。在74个工程中，8个处于运行状态，6个正在施工建设，这14CO23300CO2CCS工程252162，其次是加拿大〔9个工程，澳大利亚〔6个工程和中国〔6个工程CCS工程最为活泼的地区，不仅工程数量位居全球第一，而且总CO2封存量也居世界第一。2023年全球大规模完整CCS工程中的大局部都是估量在2023-2023年才开头实施。从CO2地质封存类型上看，46%CCS工程属于EOR工程，26%属于陆地咸水层工程，14%属于海上咸水层工程，7%属于海上枯竭油气藏工程，另外其它7%处于不确定和其他类型。二氧化碳地质封存的环境风险和环境影响1、环境风险CO2CO2CO2会不断发生大面积迁移，因而环境风险在很大范围都存在。当CO2注入到地下储层中时，其可能会通过如下〔例如页岩〕的岩石空隙泄漏；通过不整合面〔位于不同地质年代的岩石层之间显示沉积作用非连续性的侵蚀面者地质断层泄漏；通过人为因素导致的途径，例如未进展完整密封的钻井或者废弃油井等泄漏。开采枯竭的油藏和气藏，由于争论数据和开发利用较为充分，因而是CO2地质封存较为安全和CO2可能通过钻井而泄漏。特别是那些未被觉察或者未能妥当废弃的钻井是开采枯竭的油藏和气藏的重要风险源。重要的泄漏途径之一。油井完整性的缺失长期以来始终被认为是CO2地质封存最有可能的泄漏途径，CO2CO2地层活动范围内油井的个数、深度及其废弃处理过程。深部咸水层封存的CO2泄漏途径也主要是上述途径，它与枯竭油气藏的主要差异是，其盖层对CO2CO2。CO2就会释放出来。假设煤层压力大幅降低，大量吸附于煤基质上的CO2就会通过煤层割理系统〔割理各种过程形成的自然裂隙CO2从地层中泄漏出来的途径。CO2CO2地质封存环境风险的较为成熟、完CO2地质封存工程和特定的假设条件。很多正在应用的CO2地质封存风险评价方法都是基于特征、大事和过程方法学，来确定、分类化学反响过程，例如多相流〔两种或两种以上不同相的流体混合在一起的流淌、可能影响储层力量和安全的化学反响及地球化学环境变化等。一些风险评价利用了情景分析来表征CO2泄漏可能消灭的不同状况。一些风险评价确定一个基率。比较能达成共识的是，泄漏的高风险可能会消灭在CO2地质封存工程的注入阶段或者注入完毕CO2CO2的物理和化学过程开头活泼。2、环境影响CO2地质封存工程可能会导致两个层面的环境影响：全球尺度和地方尺度。全球尺度：CO2释放于大气，则增加大气中CO2浓度，对全球气候变化发生作用，这是对全球尺度的环境影响。CO2CO2CO2从排放源提取出来，直接CO2CO2地质封存工程本身也就失败了。因CO2CO2CO2才能认为是有全球环境影响，或者说才能认定一个CO2封存工程是失败的。尽管关于可承受泄漏水平没有一个较为确定的范围〔CO2CO2减排中作用和奉献的设定，但很多争论者还是认为每年的泄漏率应当低于0.1。在这种状况下，年注入量为100万吨的0.1%1000吨。地方尺度：CO2从地下储层中泄漏出来，进入浅表层，则地下水资源、土壤、植被、大气CO2从地下储层泄漏出来，进入浅层地下水层，则会渐渐溶解进入地下水，溶解的CO2会提高地下水碳酸浓度，降低地下水的pH值，地下水酸性的提高会增加地下水中主要元素和微量元素的变化，恶化地下水水质。溶解的CO2还会提高地下水中有毒金属、硫酸属元素都属于重金属，例如铅〔Pb，镉〔Cd〕以及砷〔As，这些元素会对地下水产生较为严峻的毒理作用。CO2CO2及植被根系产生较为严峻的影响。泄漏的CO2进入近地表植被生态系统时，开头可能会产生施肥效果，从而促进植被生长，但当CO2浓度在土壤中渐渐上升并导致土壤中氧气浓度降低时，植物开头CO25%时，就会对植被产生负面影响，当超过10%时，就会导致根系窒息，当到达20%时，CO2就会成为植物毒素。CO2泄漏对于海洋生态系统的影响格外CO2造成的环境风险。二氧化碳地质封存的环境监测CO2地质封存工程，当前已经逐步建立起了一个较为体系和完整的监测系统，包括地震测量技术〔2D，3D，4D，垂直地震廓线和微地震测量技术、电子和电磁测量技术、重力测量技术、地球化学分析等〔2。CO2地质封存工程的成败具有关键作用。环境监测贯穿CO2地质封存工程的前期预备、工程运行和工程完毕各个阶段。环境监测对于确定CO2地质封存的安全性、其对四周环境的影响，以及其全球尺度温室气体减排都发挥着打算会对环境产生显著负面影响，并且是一种格外有效的全球温室气体减排手段。CO2CO2CO2CO2CO2交CO2地质封存工程与环境相关的争议和法律问题的解决供给技术支持，包括地下水、地表、土壤及植被和作物损失等。〔图片来源:翻译和修改自Schlumerger图片〕

图2 CO2地质封存的监测系统6/1077/101、环境监测方法CO2地质封存环境监测的核心是地下〔地下水、近地表〔土壤和植被〕和地上〔大气。一个完CO24个阶段，而环境监测活动和布局也应当基于不同阶段进展调整和设置。运行前阶段：CO2要的环境风险。环境本底值对于CO2注入开头以后的泄漏及环境影响评价和监测具有打算性的作用，只有建立了较为稳定、牢靠的环境本底值，才能较为可信地推断今后CO2浓度特别和各类环境影响CO2浓度和各类环境指标的波动特征和范围。CO2CO2含量。自然和人类活动〔火电厂、水泥、机动车等〕CO2CO2CO2CO2排放源，并且环境基准监测的周期1〔完整的季相和植被物候期。运行阶段：主要是CO2地质注入阶段，环境监测的方法、技术及频率都是整个CO2地质封存工程生命周期中最全面和最高的。CO2地质封存的运行期间〔注入阶段，要提高对地下水取样分析的频率，以确保地下饮用水没有受到显著影响，准时觉察问题。需要连续监测大气CO2浓度，从而实时在线监控CO2浓度变化，推断浓度特别状况，准时觉察、上报和处理CO2泄漏状况。同样，土壤气体监测的频率也要提高，在CO2地质封存的注入阶段，要提高土壤气体监测的空间精度。土壤气体监测样点的掩盖范围可以比运行前阶段相对小一些，但是样点网格的空间分布需要更加密集。CO2地质封存场地的环境恢复协议，保存局部必要的环境监测设备。在CO2地质注入的关闭阶段，主要工程措施是对注入井进展水泥浇灌和封闭，因此环境监测应CO2泄漏。同时亲热监测地下水，确保地下水在关闭阶段没有受到影响。关闭后阶段：CO2CO2地质封存场地的环确定状况。在CO2地质封存的关闭后阶段，环境监测照旧格外必要。但是环境监测的频率和持续时间很难段、环境风险推断和模型模拟确定重点监测的指标。2、环境监测技术很多环境监测技术和方法都已经被广泛应用于当前工业规模水平和试验规模水平的CO2地质封CO2CO2集中和泄漏的手段，例3CO2地质封存的环境监测特征。3CO2地质封存的环境监测布局8/1010/103、环境监测相关法规CO2地质封存进展及最大限度降低其风险的重要措CO2地质封存工程的主要依据。工程执行者需要依据CO2地质封存是严格依据法律法规执行和操作的，是安全和对环境没有显著影响的，并且在长期将保持稳定的表现。CO2地质封存的初始环境状态〔本底〕和2023CCS指令《EUDIRECTIVE2023/31/ECOFTHEEUROPEANPARLIAMENTANDOFTHECOUNCILof23April2023onthegeologicalstorageofcarbondioxide令要求监测必需足以探测到CO2泄漏对于周边环境〔特别是用于饮用或者周边生态系统使用的地下水〕的显著负面影响。对于海底CO2地质封存，监测设计必需充分考虑海洋环境和生态系统的特征。1122VI，并设定了地下饮用水保护要求。该法规要求进展地下水质监测〔包括对储层以上的地球化学变化的阶段性监测、地表大气监测和土壤气体监测〔依据地下灌注掌握打算要求。在监测要求中，全部者或工程方必需提交一系列地下水质指pH、电导率、温度、CO2浓度、主要阳离子和阴离子、金属元素、总含盐量和碳氢化合物等。CO2CO2注入完毕后持续很长一段时间。尽管在CO2注入完毕后，泄漏和环境风险会逐步降低，但注入的CO2照旧会不断地移动，CO2都被物理和化学捕获。地质封存工程将从工程方转移给政府，而政府则永久性地负责该CO2地质封存工程的治理和监测。环境监测CO2地质封存工程转交或型推测全都，并且模型推测的各种情景都在可承受的范围内。存工程责任可以从工程方转交给政府部门。首先，证明没有显著泄漏或者渗漏风险；其次，在CO2资金压力。表1总结了典型国家关于CCS工程权责治理的内容。政府澳大利亚加拿大CCS责权治理澳大利亚联邦政府承受80%政府澳大利亚加拿大CCS责权治理澳大利亚联邦政府承受80%的CCS20%的责任。针对CCS工程没有特定的责权要求，其要求同石油