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　　氣候變化對人類生存和發展提出了嚴峻挑戰。目前科學界主流觀點認為，因人類燃燒大量化石燃料而釋放的溫室氣體(主要是CO2)，是導致自工業化以來全球平均氣溫升高的主要原因。二氧化碳捕集與封存(CO2CaptureandStorage，CCS)技術作為穩定大氣溫室氣體濃度的減緩行動組合中的一種選擇方案，受到廣泛關注。CCS是指“將二氧化碳從工業或相關能源的排放源分離出來，輸送到一個封存地點，并且長期與大氣隔絕”;包括捕集、運輸、封存等環節。CO2的安全封存是CCS的最終落腳點，從某種程度上講封存的可行性決定了CCS技術的可行性。同時，這也是碳捕集與封存過程中風險最大的一個環節，因此選擇適合CO2長期封存的地質層顯得尤為重要。CO2地質封存地必須使用系統的篩選過程，綜合考慮盆地大小和深度、地質特性、水文地質、地質熱力學特性以及自然資源、基礎設施等因素，同時還與經濟、政治、社會因素緊密相關。評價系統對每個標準分配適當的權重，并依據每個標準對封存場所打分然后排序。建立完善的封存場地的選擇標準，是選擇合適封存地點、確保安全封存的前提條件。為了確保CCS項目能夠安全、順利開展，國外有關專家、學者就封存場地的選擇及特征描述進行了研究。巴楚(Bachu)在盆地級別上給出了15條對封存場地的選址標準[1]。這些標準可以分為五大類[2]：(1)地質特性;(2)水文及地熱特性;(3)油氣資源及產業成熟度;(4)經濟合理性;(5)社會、政治因素。卡爾迪(Kaldi)和吉布森-普爾(Gibson-Poole)在巴楚(Bachu)和CSLF(碳封存領導人論壇)2007年[3]所做工作的基礎上，按照研究對象尺度以及不確定性，將封存場址選擇劃分為地區級篩選與盆地級篩選，除建立盆地級篩選標準外，還相應提供了在國家級別上篩選沉積巖盆地的標準體系[4]。歐德伯格(Olderburg)基于CO2封存地泄露可能性及其影響建立了一套封存場地篩選及排序框架[5]。與此同時，針對目前技術上成熟的CO2地質封存媒質，肖(Shaw)等提出了用于CO2-EOR的油氣藏快速篩選、排序方法[6];查德威克(Chadwick)等編制了《深部咸水層CO2封存最佳實施手冊》[7]。另一方面，一些國際組織和國家政府正在改善法規管理體系和CCS推行機制，建立有利于CCS的認同以及安全、快速發展的環境。目前已出臺的CCS管理法規包括歐盟《碳捕集與封存指令》[8]、美國的《CO2捕集、運輸和封存指南》[9]、澳大利亞《CO2捕集與封存指南-2009》[10]以及挪威船級社(DNV)編制的《CO2QUALSTORE—CO2地質封存場地和項目的選擇、特征描述和資格認證指南》[11]。這些針對CCS項目的管理文件，都涉及封存選址的制度化與規范化，為實施CO2地質封存提供了法律框架。目前國內CO2地質封存還處在示范階段，有關注入、封存的場地選擇及特征描述的實際經驗不多，缺少明確的、量化的場地選擇標準和場地勘察技術。因此，有必要在現有文獻的基礎上，著重對選址標準的關鍵特征進行分析與匯總，為將來中國建立CO2地質封存選址標準提供借鑒與依據。

　　1CO2地質封存選址的一般流程及主要標準CO2地質封存選址是一個系統的過程。根據歐盟《碳捕集與封存指令》，描述場地、評估封存可行性及潛力分為三步：首先收集潛在封存場地的數據信息;第二步建立封存場地的3D靜態地質模型;第三步是描述封存地的動態特性，對其進行敏感性分析及風險評估，論證在允許的注入速度下，能夠埋存特定量的CO2，并且不會造成不可接受的風險。本文關注的是選址標準的靜態特征，未涉及后期的動態模擬仿真及敏感性分析、風險評估。此外根據研究對象的規模，需要對潛在的CO2封存場地進行逐級遴選。借鑒兩階段篩選法[4]，首先是在盆地級別上進行評估，該過程往往用在進行封存容量評估和現場勘察前，大尺度評估一個沉積盆地封存CO2潛能的優劣，確定沉積盆地的適宜性;而后在此基礎上對具體的封存場地進行更為詳盡的挑選。隨著研究對象不斷具體與細化，對篩選標準的詳細程度和數據的精確性要求不斷提高，相應地，需要投入更多的時間和成本。CO2地質封存選址的一般流程如圖1所示。無論是地區級篩選還是盆地級篩選，其篩選標準都可分為排除標準和適宜條件兩類。一旦滿足某一排除標準，一般便不對其作進一步考慮，比如不可接受的泄露風險或者遭到公眾強烈反對。個別排除標準會隨著時間發生改變，比如項目的經濟性、尚在生產中的油氣田的可行性。所謂適宜條件是指一些篩選特征可以使得一個研究對象優于另一個。適宜條件是一系列理想指標，這些標準需要平等對待。即使一個場地沒有滿足其中一個標準，不能立刻將其剔除，只是降低了它的可取性或適宜度。

　　根據目前國內外對場地選擇標準的基本認識，封存場地必須具備以下特征：足夠大的封存容量和可注入性;密封性良好的蓋層;穩定的地層。此外還要考慮盆地特征(構造活動、沉積類型、地熱及水力學狀態);盆地資源(碳氫化合物、煤、鹽分);工業成熟度及基礎設施;經濟發展水平;環境問題;公眾教育及對封存態度等社會問題等其他因素。本文將選址標準劃分為地質特征、工程特性、社會-經濟特性三大維度。表1列出了CO2地質封存選址主要涉及到的地質特征及工程特性兩大類的篩選標準�？紤]到社會環境因素的影響，以下地區不適宜用作CO2封存：(1)場地位于保護區或保留地，比如國家公園、自然保護區、軍事區或禁止鉆井和開發地區(比如美國和加拿大部分水域)。(2)由于各種原因沒有獲得場地的使用權不適宜用作CO2封存。(3)由于第三方權益使得潛在場地，比如油氣藏不能用于CO2封存。(4)場地位于高密度居民區，會引起公眾反對。(5)封存場地可能影響其他動植物棲息、礦產資源開發等。(6)不具備監控潛力的場地。法律要求場地的審批、施工和廢棄都應包括對注入CO2的監測，缺乏監控能力或者監控能力很弱的場地一般不會通過審批。

　　2目前成熟的適于CO2地質封存的媒質特征可以利用的CO2地下封存場所多種多樣，深部咸水層、油氣藏和煤層等都可以為CO2地質封存提供有效場所。其中深部咸水層的封存潛力最大，其次為油氣藏，不可開采的煤層再次之。在滿足上述的一般選址標準下，本節將詳細討論這三類適于CO2封存的媒質所具備的特征。

　　2.1深部咸水層適合CO2地下地質封存的地下咸水層一般是指一定深度下，被微咸或半咸的水充填的具有較高孔滲特性的巖層。這類咸水不適于農業及人類生產生活使用。挪威斯萊普納(Sleipner)項目是目前世界上最成功的CO2咸水層封存項目，每年向于特西拉(Utsira)儲層注入約1×106tCO2。

　　2.1.1儲層性質(1)地質特征。斷層、斷裂和不完整等構造可能形成CO2向上運移通道，逸出地表，不利于封存。有一定傾角的地層是CO2封存理想場地，可加強垂向運移，縮短最大水平運移距離;同時可增加殘余氣捕獲。(2)巖石礦物成分。巖石組成對于CO2封存及地質化學反應影響重大。在地下深部咸水層中，最利于CO2地質封存的是砂巖。由于CO2的密度小于地層水的密度，因此注入咸水層中的CO2會在浮力的作用下向上移動。這種運動由于受到低滲透性巖層(如泥巖薄層)或透鏡體(如泥巖或頁巖透鏡體)的遮擋而呈現出不規則性，遇到合適的地層或構造圈閉就會存儲起來。另外，一般砂巖或碳酸鹽巖中孔隙或裂縫發育程度較好，大部分易被水充填形成咸水層。相反，結晶和變質的巖石，如花崗巖不適宜形成咸水層，也就不適合封存CO2。(3)儲層厚度。相比薄層，厚的儲層更適宜封存CO2，不僅因其有更大的封存容量，同時它可以允許不同的注入策略，比如在底部注入，讓CO2羽流上升。CO2羽流越小，與蓄水層水接觸面積越大，增加CO2溶解，增強殘留氣捕獲，通過地球物理學方法來監測CO2羽流的可能性增強。建議地下咸水層的厚度應大于50m[7]。(4)孔隙度及滲透性。研究[12]表明，平均橫向滲透率對CO2量和注入能力的影響最大。研究[13]建議，適合儲存CO2的地下咸水體，孔隙度應大于20%，滲透系數應大于500mD。

　　2.1.2蓋層性質蓋層封堵性：地下咸水層應具有低滲透性的蓋層(如泥巖、頁巖)，和允許地下咸水體透過的邊界，以便注入的CO2得到地下咸水的置換空間。建議蓋層的厚度應大于100m[7]。蓋層承壓情況：為了保證封存的安全性，避免由于CO2注入導致蓋層斷裂引起泄露，要求蓋層所承受壓力必須大于注入CO2產生的最大壓力。

　　2.1.3儲層流體性質流體性質，如成分及礦化度、黏度、密度、壓力、溫度等都是重要參數，它們直接影響了CO2物相、溶解度和分解，這些都影響捕獲的效率。比如，咸水層中含鹽量高，將導致較低的CO2溶解度。地下咸水礦化度：我國規定礦化度超過1g/L即為咸水;美國地質勘查局按礦化度將咸水分為三類，微咸水：1～3g/L，中度咸水：3～10g/L，高度咸水：10～35g/L。研究[7]建議適于封存CO2的深部咸水的礦化度應大于100g/L，避免破壞地下飲用水源。水動力條件：深部咸水封存達數萬年至數十萬年，運移極其緩慢，使得更多的CO2在其流到盆地邊緣之前與其圍巖中礦物反應形成碳酸鹽而固定下來，因此極其有利于CO2儲存[13]。地層水壓力：地層水壓力過高，導致注入技術要求提高的同時也增加了安全的風險性。一般的地層水壓力相對較低的盆地多發育于大陸內部、靠近穩定大陸板塊邊緣或位于板塊碰撞帶的山后地帶，這些盆地比較適合CO2存儲。推薦地層壓力小于靜液壓。

　　2.2油氣藏油藏可以提供安全的地質圈閉，是CO2封存的首選場地。能夠實施CO2封存的油田分為兩種：一種則是廢棄的油田，利用廢棄的原始儲油層封存CO2，無附加收益;另一種是正在開采中的油田，即有條件實施CO2-EOR的油田，可以應用注入CO2強化采油相關技術提高石油的采收率，獲得額外收益，降低CCS項目成本。

　　2.2.1廢棄油氣藏廢棄的油氣藏一般是指經過三采以后，喪失進行經濟開采效益的油氣藏。由于廢棄的油氣藏是既有儲層，原有的油氣儲層已經得到認證，相關參數齊全，油氣田開發用的部分氣井和地面設施可重復用于地下儲氣庫，因此是進行CO2處置的重點地帶。油氣田枯竭后注入CO2，虧空體積被CO2替換;無邊水或底水侵入，當地層壓力恢復到原始壓力時停注。在廢棄油氣藏中埋存CO2，需要在原有圍繞油氣勘探和開發的研究工作基礎上，重新對儲層的沉積類型(碎屑巖或碳酸鹽巖)、儲層的埋深、厚度和三維幾何形態和完整性以及儲層的物性和非均質性進行評價，從而對CO2存儲能力做出客觀、翔實的評估。針對廢棄的油氣藏，除應具備與深部鹽水層相似的標準外，需要注意以下幾個問題：(1)是否存在強大的蓄水層。在生產油氣過程中，由于壓力作用下，蓄水層中的水可以進入儲層，從而恢復壓力，減少儲層空間。同理，若經過二次采油或三次采油，空隙已充滿水或氣體、溶劑，壓力很接近原始儲層壓力，不應考慮用于CO2封存。(2)廢棄油氣藏的封堵層位及井眼需要重新標示并評估。在濕環境下，CO2會對水泥石產生侵蝕，增加泄漏風險。(3)相應的輔助條件，如開采特征及現狀、目前油氣層油氣水分布情況、油氣藏驅動方式等。針對廢棄油氣藏一個重要的指標就是時間的可行性，也就是廢棄的時間。若儲層區還在生產，在一個特定的時期內，將不予考慮用于CO2封存。

　　2.2.2開采中的油氣藏在增采過程中使得CO2保存在油氣藏中是CO2封存的特殊情況，不是所有的油藏都適合CO2-EOR。除了項目的經濟性外，還需要其他額外指標來篩選適宜注入CO2提高采收率的油藏�；�于前面的分析以及北美在2007年底100多個CO2-EOR項目的特征，表2可以用來確定油藏是否適用于混相CO2-EOR項目。與CO2-EOR混相驅油項目相比，目前非混相驅油項目很少，研究[18]推薦的適合CO2-EOR非混相驅油的條件如下：(1)儲層縱向上滲透率高。(2)儲層中大量的原油形成油柱。(3)儲層具有可以形成氣頂的圈閉構造，儲層連通性好。(4)儲層中沒有導致驅油效率降低的斷層和斷裂。表3列出了影響非混相驅的主要指標及推薦的最佳取值范圍。

　　2.3不可開采的煤層由于煤炭作為一種自然資源，具有當前及未來潛在的經濟價值;只有不經濟的煤田方可考慮用作封存CO2。然而，什么是不經濟的煤田目前還沒有清晰和公認的界定。它會隨著經濟條件、具體地點等發生改變。煤的經濟價值由地質特征決定，如厚度、埋深、煤層的數目、現有技術標準以及經濟盈利性等。目前含煤地層中因技術或經濟原因而棄采的薄煤層、超過終采線的深部煤層和構造破壞嚴重的煤層可以考慮用來埋存CO2。比如，在弗雷利(Frailey)等人的研究[19]中，針對美國的伊利諾斯盆地的煤層，認為埋深在152～305m，厚度在0.46～1.1m，以及埋深超過305m，厚度大于1.1m的煤層是不可開采的煤層，可以作為CO2的封存場所。針對封存CO2的煤層以及煤層氣采收應滿足：煤質等級：一般在相同的深度和壓力下，褐煤、次煙煤、煙煤、無煙煤含氣量依次增加。考慮到無煙煤的經濟價值，因此適宜封存CO2的是煙煤或次煙煤[1,4]。煤層滲透率：煤層滲透率是CO2封存地可行性的決定性因素。為保證注入，滲透率至少需要1mD。煤層深度：淺煤層可進行露天開采，同時考慮到保護地下水資源，因此不適宜封存CO2。然而，隨著深度的增加，煤的滲透率減少，因此埋藏不能過深。綜合以上考慮，在巴楚(Bachu)的研究中，可用于CO2封存的煤層埋深限制在1000～1500m[20]，沈平平等人推薦煤層埋深在300～1500m[16]，CO2CRC推薦的煤層埋深為800～3500m[4]。埋深取決于煤田沉積歷史、壓力機制及巖石性能。在已有的示范項目中，用于注入CO2的煤層深度差別很大，如伯靈頓資源(BurlingtonResources)在圣胡安(SanJuan)盆地的阿利森(Allison)示范項目埋深950m[21]，加拿大的示范項目埋深1300m[22]，我國在沁水盆地開展的CO2-ECBM微型先導性試驗，試驗煤層的深度為472～478m[23]。

　　含水飽和度：CO2封存之前要對煤層進行脫水，因此含水飽和度低的煤層相對更好。含氣飽和度：考慮到替換出來的甲烷具有經濟價值，因此含氣飽和度高的煤層更有優勢。其他指標：除前面的指標外，適宜性評價還應考慮技術性、經濟可行性以及政策法規等方面。比如，在煤田中封存CO2需要大量基礎設施，包括高密度的注入井和管道布局、以及為收集甲烷需要建設同樣高密度的生產井及管道，造成煤層甲烷收集系統的投資費用較高。

　　3中國建立CO2地質封存選址標準所面臨的挑戰及相關建議分析上述封存場地篩選標準體系及相關法律框架，主要存在以下兩方面不足：第一，缺乏一套國際通用的技術標準。現有篩選標準紛雜，關鍵篩選指標不統一;對于同一篩選指標，取值往往也有不同。第二，目前的選址標準體系中量化程度不高，一些關鍵特征例如斷裂程度、密閉性等還停留于定性描述，有待進一步完善。目前，我國現有的CO2地質封存還處在示范階段，缺少明確的、量化的場地選擇標準和場地勘察技術。另外，我國本身的地質和構造特別復雜，無法簡單套用國外已有的選址標準。因此亟待建立一套與國際通用技術標準接軌的CO2封存選址標準，同時又充分考慮在中國實際封存過程中的適用性。中國建立CO2地質封存選址標準，還存在著技術成熟度不高、成本昂貴、行業標準和法律框架尚未健全、公眾接受程度不高等諸多問題和障礙。技術問題：在注入及封存過程中CO2和礦物、原位液體之間的相互作用;非均質性的影響，特別是垂直地層分層;超臨界CO2長期封存過程的動態行為建模與仿真;監測技術(油田，跨井以及井眼的監測);泄露的應急補救等課題還有待進一步研究。經濟挑戰：發展基礎設施，盡量減少具有不同生命周期的項目的CO2交貨成本;進一步深入全局性的源匯匹配研究。

　　行業標準：場地勘測與選擇、風險評估與控制、環境監測等，缺乏統一的標準;法律框架：目前國內與CO2地質封存相關的法律法規還未建立。因此亟待制定一整套與之相適應的、各方責任明確、審核流程嚴謹、監管機制完善的標準規范，做到有法可依，從而有助于降低CCS項目潛在的對環境和人體健康的威脅。公眾接受：當前國內公眾對CCS技術知之甚少。而公眾對CCS的認可與支持極其重要，本身就是重要的選址標準。因此必須建立執行有效的溝通策略，改善公眾對CCS風險的認識，提升公眾對CO2地質封存的支持。在這些問題面前，政府可以學習發達國家在CO2地質封存研究項目中積累的先進經驗，借鑒國際上目前已頒布的CO2地質封存的指導書及法律法規，加大科研投資力度，對技術發展加以扶持，及早確定應用于CO2地質封存的相關技術、設施和政策法規，有助于推動CO2地質封存技術在中國的開展。主要的工作包括：(1)加大科研投入，解決CO2地質封存中的關鍵技術性問題。(2)制訂與國際通用技術標準接軌的CO2地質封存的標準體系，如CO2封存場址的確定、風險評估、監測準則、長期核查機制等，為我國開展CO2地質儲存工程提供技術依據。(3)系統調研、評估我國潛在的CO2地質封存場地，包括深部咸水層、煤層和廢棄的油氣藏。收集選址需要的信息，包括地質構造、水文地質、工程特性、地球化學、地質力學等。建立關于CO2排放源、潛在儲存場地、相關基礎設施等在內的地理信息數據庫。(4)加大對公眾的CCS宣傳力度，信息透明，增進公眾對CO2封存的了解與認可。(5)參考先進國家的立法模式與經驗，逐步建立適用的法律法規，為推行CO2封存項目商業化提供基礎架構。(6)加快研究配套政策。研究CO2地質封存項目申請與核準、環境影響評估、場地關閉條件、事故應急處理等專門程序，為CO2地質封存的大規模實施做好鋪墊。

　　來源：精品學習網