[發明專利]一種計算CO2咸水層礦物封存潛力的方法

有效

• 申請號: 201510235551.0
• 申請日: 2015-05-08
• 公開（公告）號: CN104850742B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 金超;李義曼;曾榮樹;劉浪濤;王冬利;魏利娜
• 申請（專利權）人: 河北工程大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于地球化學技術領域，具體涉及一種利用水-巖-CO₂地球化學反應來定量計算CO₂咸水層礦物封存潛力的方法。

背景技術

在全球氣候和環境污染的格局和背景下，節能減排是目前政府機構積極推進的產業。CO₂咸水層封存被認為是減少CO₂排放量最有效的方法之一，已有的商業化規模和中試尺度CO₂封存試驗也證明其在技術上是可行的。大量CO₂注入到咸水層后，會以結構和構造捕獲，殘余氣捕獲，溶解捕獲和礦物捕獲的方式被封存；從捕獲形態上看，則是以自由態，溶解態和礦物態形式被封存的。換言之，總的CO₂咸水層封存潛力是由自由態，溶解態和礦物態CO₂三部分組成的。準確計算CO₂咸水層封存潛力對于開展商業規模利中試尺度CO₂注入項目意義重大，是選址的關鍵因素之一。

目前已有的CO₂咸水層封存潛力方法都是針對自由態和溶解態CO₂封存量計算的，例如碳封存領導論壇和美國能源局等提出的針對結構和構造捕獲、殘余氣捕獲和溶解捕獲CO₂封存潛力計算方法以及一些學者提出的自由態和溶解態CO₂封存潛力計算方法。對于礦物態CO₂封存潛力，部分學者采用實際地質模型基礎上的CO₂運移反應數值模擬來計算，但數值模型本身就存在很多不確定性，參數的賦值的不準確也會導致計算結果存在誤差甚至錯誤，且大部分情況下該地球化學模型都無法校正，給出結果的可信度值得商榷。已有研究表明，在千年-萬年時間尺度上，礦物封存對CO₂封存潛力的貢獻比例為5％-40％，實際封存量取決于咸水層地層水化學和儲層礦物組分。相比結構和構造封存及殘余氣封存(自由態)和溶解封存(溶解態)，礦物封存(礦物態)的安全性是最好的，所以需要提出一種計算CO₂礦物封存潛力的計算方法。

事實上，大量CO₂注入到咸水層后會溶解于地層水，并促進水-巖相互作用，即導致一系列的地球化學反應。這些反應過程會消耗掉一定量的CO₂，生成新的次生礦物，達到礦物封存的目的。所以，本方法針對目前世界范圍內主要的CO₂儲層的巖石類型-砂巖儲層及其典型礦物組分特征，根據這些礦物與CO₂和地層水相互作用的化學方程式，建立單位巖石體積內CO₂的消耗量，得到總的礦物封存潛力，為開展CO₂注入試驗或者規模化封存的場址選址及后期規劃提供參考依據。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是準確地計算CO₂咸水層礦物封存潛力，推動CO₂咸水層封存的研究發展。

本發明提出了一種基于砂巖儲層地球化學反應的CO₂咸水層礦物封存潛力計算方法，能夠有效、準確地確定CO₂咸水層礦物封存潛力。根據已有的研究，目前主要的CO₂儲層為砂巖儲層，其典型礦物組分為鉀長石，鈉長石和鈣長石以及少量的碳酸鹽礦物。CO₂注入到咸水層儲層后，會促進長石類和碳酸鹽類礦 物的溶解。所以本方法的基本原理是根據單位巖石體積內長石類礦物溶解過程消耗掉的CO₂量和總的巖石有效體積，建立礦物態CO₂封存潛力計算方法，得到CO₂礦物封存潛力。

砂巖儲層典型地球化學反應：砂巖屬于碎屑巖，包括碎屑和膠結物兩部分，碎屑含量通常大于50％。砂巖儲層的礦物主要由石英，長石和粘土礦物組成，其中長石主要為鉀長石，鈉長石和鈣長石；膠結物包括鈣質，硅質和泥質等組分，其中鈣質膠結物以碳酸鹽礦物為主。大量CO₂注入到砂巖儲層后，碳酸鹽類礦物和長石類礦物會發生如下地球化學反應(2-1～2-5)。