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北部湾盆地涠西南凹陷咸水层CO2地质封存储盖优选及潜力评估
CO2地质封存被认为是实现碳中和目标的兜底技术,在全球气候恶化加剧和“双碳”背景下被广泛关注。可用于实施CO2地质封存的主要场所有玄武岩、不可采煤层、油气藏和咸水层,其中咸水层是指矿化度为3~50 g/L的深部不可利用盐水层,其分布面积较广、可利用性低,具有较好的封存潜力和封存优势。前人在我国沉积盆地咸水层CO2地质封存潜力评估方面已经开展了一些工作。李小春等基于溶解度法对我国24个主要沉积盆地地表以下1~3 km深度内咸水层CO2封存量做了评估,封存量高达1.4×1011 t,并指出针对沿海地区,应考虑将CO2封存在近海沉积盆地咸水层中。霍传林等通过建立适用于我国海域盆地CO2地质封存潜力和适宜性评价的方法,对海域11个大型沉积盆地进行研究,认为近海沉积盆地是沿海地区实施CO2地质封存的优势场所。我国华东地区的苏北−南黄海盆地,华南地区的珠江口盆地、琼东南盆地以及北部湾盆地,都已被相继证实具有较好的咸水层CO2地质封存容量。
广东省粤西地区是我国典型的沿海重化工聚集区,据中国碳核算数据库(CEADs)公布数据显示,仅2019年该地区CO2排放量就超过7 000万t,CO2减排需求十分迫切。基于地质封存表现出的极大减碳潜力,中国地质调查局曾组织对我国主要沉积盆地CO2地质封存适宜性进行评价,研究认为粤西近海北部湾盆地是适宜CO2地质封存的场地,地质封存是该地区实现碳中和目标的潜在路径。我国CO2地质储存潜力评价工作划分为E~A等5个阶段,由E到A对应于区域级、盆地级、目标级、场地级和灌注级评价阶段,地质封存评价工作遵循层层递进、优中选优的原则。凹陷是沉积盆地的二级构造单元,具有较大的地层沉积厚度,是沉积盆地CO2地质封存的主要场所;盆地内部的隆起和低凸起区沉积厚度较薄,往往不适宜作为咸水层CO2地质封存场所。然而之前针对北部湾盆地封存潜力的研究多处于封存潜力评价的E阶段,即以整个盆地为研究对象,并且地质封存储盖划分大都仅基于油气认识,少有针对CO2地质封存特性对储盖层做出优选,因此评估结果偏大。
涠西南凹陷是北部湾盆地主力油气凹陷,地下具有良好的储集空间,是北部湾盆地较为理想的CO2地质封存场所。之前针对北部湾盆地地质封存的研究主要为区域级,即以单个沉积盆地为研究对象。笔者基于涠西南凹陷品质较好的地震和钻井岩心等资料,通过构建盆地二级构造单元CO2封存储盖层优选体系,在涠西南凹陷海底以下800~3 000 m深度范围内优选出2套适宜咸水层CO2地质封存的储盖组合,并结合Petrel建立的三维地质模型对优选储层有效封存潜力进行评估。研究结果可以为该地区近海沉积盆地CO2地质封存研究提供参考,对探索沿海重化工聚集区绿色低碳可持续发展路径具有重要意义。
CO2地质封存被认为是实现碳中和目标的兜底技术,近海沉积盆地远离人类活动区,在实施CO2地质封存方面相比于陆上沉积盆地更具优势。为查明广东省近海北部湾盆地涠西南凹陷咸水层CO2封存潜力,基于盖层埋深、单层泥岩最大厚度、泥地比、断层密度和储层孔隙度、地层厚度、砂地比、渗透率等8个指标,构建了盆地二级构造单元的储盖评价体系,结合各地层岩心物性资料和三维地质模型,对涠西南凹陷储盖进行优选,并以US-DOE法对有效封存潜力进行了评估。
研究结果表明,涠西南凹陷在海底以下800~3 000 m内,有2套适宜CO2封存的储盖组合。储盖组合1:新近系角尾组一段浅海相泥岩盖层−角尾组二段、下洋组滨浅海相砂岩储层,有效封存容量为7.49亿t;储盖组合2:古近系涠洲组二段中深湖泥岩盖层−涠洲组三段砂岩储层,有效封存容量为3.74亿t。在涠西南凹陷中优选出2套适宜咸水层封存CO2的储盖组合,有效封存容量为11.23亿t,按照广东省粤西地区CO2年排放量为7 000万t进行评估,能够满足该地区超16 a的CO2减排需求。
图 1 北部湾盆地构造特征
图 2 涠西南凹陷地层综合柱状图
图 3 全球主要咸水层 CO2 封存项目封存深度范围
图 4 涠西南凹陷涠洲组二段地层特征
图 5 CO2 地质封存潜力金字塔模型
图 6 涠洲组三段三维地质模型
图 7 涠西南凹陷 CO2 密度随深度变化情况
熊鹏飞,男,汉族,1995年12月20日生,贵州铜仁人,中共党员,硕士,工程师。2021年7月于中国地质大学(武汉)获得硕士学位。主要从事天然气水合物成藏机理和CO2地质封存评价方面的研究工作。参与国家自然科学基金面上项目、广东省重大科技专项、海南省科技专项等省部级以上科研项目多项。目前以第一/通讯作者身份在《煤炭学报》《Marine and Petroleum Geology》 等期刊发表论文5篇,其中SCI/EI论文4篇,包括封面论文1篇。
研究方向
CO2地质封存
主要成果
主要围绕“近海沉积盆地CO2地质封存”展开研究,构建了盆地二级构造单元储盖优选方法体系,并提供了储盖优选研究的工程实例,指导了其在地质体优选、封存潜力评估等碳封存工程技术领域的应用。通过沿海重化工聚集区CCUS源汇匹配研究,改进了CCUS源汇匹配技术方法,证明了沿海重化工聚集区实施CCUS工程的可行性,规划了沿海地区碳中和理论路径,指导了其在沿海地区离岸CCUS示范工程中的应用。
方小宇,男,汉族,1982年11月26日生,湖北黄冈人,中共党员,教授级高工。 长期从事海洋天然气水合物、二氧化碳封存与驱油方面的研究工作。提出了海洋天然气水合物有利目标综合识别方法,建立了海域沉积盆地CO2封存地质体优选方法体系,优化了CCUS全流程产业链经济评价技术路线等。
获得过省部级科技进步奖2项,中海油科技进步奖7项。主持过省部级项目5项,参与过国家科技重大专项、广东省重大科技专项、海南省科技专项等省部级以上项目15项。在《煤炭学报》《Advances in Geo-Energy Research》等期刊发表论文31篇,其中第一作者或通讯作者发表论文12篇,授权发明专利5项。 近五年联合培养博士2名,硕士9名。
来源:
熊鹏飞,方小宇,乐文喜,等. 北部湾盆地涠西南凹陷咸水层 CO2 地质封存储盖优选及潜力评估[J]. 煤炭学报,2024,49(5):2405−2413.