深部碳储空间探测与地质评价关键技术
李文平1
曹丹平2
乔伟1
周正武3
常庆粮4
张松航5
刘双星6
沈奕2
李万军7
付欣2
刘博1
王衍3
王启庆1
李小琴1
杨志1
刘聪1
张政1
徐宏杰8
朱振南9
程香港1
1.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏 徐州 221116;矿区深部零碳负碳技术教育部工程研究中心,江苏 徐州 2211162.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东 青岛 2665803.国家能源集团新能源技术研究院有限公司,北京 1022064.中国矿业大学矿业工程学院,江苏 徐州 2211165.中国地质大学(北京)能源学院,北京 1000836.中国石油集团安全环保技术研究院有限公司,北京 1022067.新疆维吾尔自治区煤田地质局煤层气研究开发中心,新疆 乌鲁木齐 8300998.安徽理工大学地球与环境学院,安徽 淮南 2320009.中国矿业大学力学与土木工程学院,江苏 徐州 221116
摘要：在全球气候变暖和"双碳"目标驱动下,深部碳储空间的高效开发与安全封存成为实现碳中和的关键路径.系统综述了深部咸水层、枯竭油气藏、不可采煤层及玄武岩层等碳储空间的探测技术、场地适宜性评价方法及规模化封存的关键理论技术难题.结果表明:CO2 注入引发的多场耦合效应(热-流-力-化学)可能导致断层活化、盖层泄漏及地震风险,需通过多物理场数值模拟与动态监测构建风险评估框架.深部咸水层占我国理论封存潜力的98.64%,但其非均质性显著,适宜性评价需结合地质稳定性(断裂发育、盖层封闭性)和封存能力(孔隙率、渗透率)构建多尺度指标体系,联合层次分析法、GIS及机器学习方法优化选址决策.针对深部碳储空间复杂性,地震与电法联合探测技术可以显著提升储层识别精度,其中全波形反演(FWI)可刻画孔隙-裂隙结构,重磁反演技术实现深部构造建模,多物理场数据融合技术降低反演多解性.在煤矿绿色转型方面,创新提出"负碳充填"技术,通过CO2 矿化钢渣、粉煤灰等工业固废制备充填材料,实现高固碳率,同时兼顾生态修复与动力灾害防控.深部不可采煤层CO2 封存与煤层气驱替(ECBM)协同效应显著,需优化压裂—驱替—封存全生命周期管理模式.采空区CO2 封存则面临碎裂煤岩体复杂渗流-吸附机理挑战,需构建多相动态模型评估游离态、吸附态及溶解态封存潜力.潜力计算方法随储层类型差异显著,咸水层采用封存机理法(构造圈闭、溶解、矿化耦合),枯竭油气藏结合物质平衡法与数值模拟,煤层依赖吸附容量与置换效率评估.注入技术创新方面,微纳米气泡注入技术可提升CO2 溶解率,玄武岩"水混合溶解态注入"模式实现高矿化率.未来需强化多学科交叉,通过多物理场联合智能探测与精细成像,突破多类型、立体碳储空间精细探测的行业难题,研发深部负碳高效充填开采材料与技术装备;构建深部立体集成空间CO2 封存潜力计算与适宜性评价方法体系,形成技术标准体系和信息决策系统,为"双碳"目标下地质封存规模化应用提供理论与工程支撑.
关键词：深部碳储空间多场耦合地质评价探测技术固碳封存
分类号：X701(一般性问题)TE37(油气田开发与开采)
资助基金：国家科技重大专项(2024ZD1004200)
论文发表日期：2025-05-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：22( 2333-2354 )
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