[發(fā)明專利]二氧化碳地質(zhì)封存場地蓋層完整性指標(biāo)不確定性估計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510079259.4
• 申請日: 2015-02-14
• 公開（公告）號: CN104615896B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李琦;魏曉琛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所42001
• 代理人: 李鵬,王敏鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二氧化碳地質(zhì)封存場地蓋層完整性指標(biāo)不確定性估計(jì)方法，尤其涉及復(fù)雜地層存在斷層的情況，屬于環(huán)境治理技術(shù)和能源開采與地下儲(chǔ)存技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由人類活動(dòng)引起的溫室氣體向大氣排放量的增加，加強(qiáng)了溫室效應(yīng)，被認(rèn)為是導(dǎo)致全球變暖的主要原因之一，己成為世界各國的共識(shí)。二氧化碳(CO₂)是主要的溫室氣體之一，減少CO₂向大氣排放是接下來幾十年內(nèi)全人類需要迫切解決的問題。當(dāng)前，碳捕集和封存(CO₂capture and storage，CCS)是最有前景的CO₂減排措施之一。

在大規(guī)模CO₂地質(zhì)封存工程中，地質(zhì)封存的CO₂泄漏會(huì)對人類的身體健康造成影響，危害人身安全，同時(shí)可能污染地下水，提高地下水碳酸濃度，以及重金屬伴隨的CO₂進(jìn)入土壤后，影響土壤生物系統(tǒng)及植被根系，改變生態(tài)系統(tǒng)平衡。

深部咸水層CO₂地質(zhì)封存，以其分布廣和儲(chǔ)量大等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的封存方式，且已有實(shí)際的工程運(yùn)行而備受關(guān)注。但超臨界的CO₂注入深部儲(chǔ)層后形成應(yīng)力集聚區(qū)，改變應(yīng)力分布，當(dāng)應(yīng)力超過突破應(yīng)力時(shí)可能導(dǎo)致斷層活化，甚至產(chǎn)生新的斷裂。CO₂通過可導(dǎo)性通道逃逸，易誘發(fā)泄漏，降低封閉安全系數(shù)。

在蓋層完整性研究方面，目前主要集中在油氣領(lǐng)域，通過儲(chǔ)層孔隙流體超壓應(yīng)力環(huán)境下巖石力學(xué)參數(shù)和地質(zhì)力學(xué)特征等方面探討水壓裂縫或斷裂重新活動(dòng)對蓋層完整性的影響。本發(fā)明在CCS領(lǐng)域通過場地?cái)?shù)值模擬及數(shù)理統(tǒng)計(jì)形成一種評估蓋層完整性的方法，不僅保障長期安全封存，而且對指導(dǎo)封存場地選址和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)極具價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種蓋層完整性的評價(jià)方法，針對蓋層中有斷層和無斷層兩種構(gòu)造情況，研究CO₂注入對封存場地蓋層完整性的影響。通過對蓋層完整性影響指標(biāo)的敏感度研究和參數(shù)最優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲取影響蓋層完整性的指標(biāo)體系最佳設(shè)計(jì)并依此評估和預(yù)測二氧化碳地質(zhì)封場地蓋層完整性，最終指導(dǎo)封存場地選址和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

步驟1、建立蓋層完整性影響指標(biāo)體系：根據(jù)蓋層構(gòu)造特點(diǎn)，分別對無斷層和有斷層蓋層分別確定其完整性影響指標(biāo)。

如上所述的步驟1包括以下步驟：

步驟1.1、對無斷層蓋層，其完整性影響指標(biāo)包括:蓋層埋藏深度、蓋層滲透率、蓋層孔隙度、地應(yīng)力場、蓋層楊氏模量、蓋層泊松比、蓋層內(nèi)摩擦角、蓋層密度和蓋層剪脹角。

步驟1.2、對存在斷層的蓋層，其完整性影響指標(biāo)包括:斷層埋深、斷層傾角、斷層摩擦系數(shù)、斷層內(nèi)摩擦角、斷層楊氏模量、斷層泊松比、斷層滲透率、斷層孔隙度、斷層密度、斷層剪脹角、地應(yīng)力場。另外，還需加入蓋層滲透率、蓋層孔隙度、蓋層楊氏模量、蓋層泊松比、蓋層內(nèi)摩擦角、蓋層密度、蓋層剪脹角和儲(chǔ)層滲透率、儲(chǔ)層孔隙度、儲(chǔ)層楊氏模量、儲(chǔ)層泊松比、儲(chǔ)層內(nèi)摩擦角、儲(chǔ)層密度、儲(chǔ)層剪脹角。

步驟2、在包含步驟1中蓋層完整性影響指標(biāo)的數(shù)值模型中，由差應(yīng)力的大小，確定差應(yīng)力所滿足的破壞條件和破壞模式，并計(jì)算得在該破壞模式下的孔隙壓力。

如上所述的步驟2包括以下步驟：

步驟2.1、以步驟1中蓋層完整性影響指標(biāo)，針對有斷層和無斷層不同地層條件，利用數(shù)值模擬軟件(例如：FLAC,ABAQUS,COMSOL等)，考慮目標(biāo)地層埋深和儲(chǔ)層、蓋層位置，在流體注入情況下考慮地層彈塑性，建立目標(biāo)地層包含步驟1中蓋層完整性影響指標(biāo)實(shí)測數(shù)據(jù)的數(shù)值模型。

步驟2.2、在步驟2.1中建立的數(shù)值模型中，利用摩爾庫倫破壞準(zhǔn)則，以庫倫破壞應(yīng)力(簡稱庫倫應(yīng)力，CFS)的大小為檢驗(yàn)蓋層破壞程度的標(biāo)準(zhǔn)，即：

GFS＝τ+μ(σ-P_f)