什么是地质储存

二氧化碳的捕获和地质储存提供了一种避免向大气中排放二氧化碳的方法，方法是从主要的固定源捕获二氧化碳(第3章)，通常通过管道运输(第4章)，并将其注入合适的深层岩层。本章探讨了地质储存的性质，并考虑了其作为缓解方案的潜力。

地下是地球上最大的碳储层在美国，世界上绝大多数的碳都存在于煤炭、石油、富含有机气体的页岩和页岩中碳酸盐岩．二氧化碳的地质储存是地球上地壳数亿年来的一个自然过程。生物活动、火成岩活动和岩石与流体之间的化学反应产生的二氧化碳在自然地下环境中以碳酸盐矿物的形式积累，或以溶液形式，或以气体或超临界形式，或以气体混合物或纯二氧化碳的形式积累。向地下注入二氧化碳地质结构作为提高采收率(EOR)项目的一部分，该项目于20世纪70年代初在美国德克萨斯州首次实施，此后一直在德克萨斯州和其他许多地方进行。

将人为产生的二氧化碳地质储存作为减缓温室气体的一种选择在20世纪70年代首次提出，但直到20世纪90年代初，这一想法通过个人和研究小组的工作获得了可信度(Marchetti, 1977;Baes et at, 1980;Kaarstad, 1992;Koide et at, 1992;van der Meer, 1992;甘特说。, 1993;霍洛韦和萨维奇，1993年;巴楚等。, 1994;Korbol和Kaddour, 1994)。在加拿大阿尔伯塔盆地和美国，酸性气体(石油生产的副产品，二氧化碳含量高达98%)的地下处理提供了额外的有用经验。 In 1996, the world's first large-scale storage project was initiated by Statoil and its partners at the Sleipner Gas Field in the North Sea.

到20世纪90年代末，美国、加拿大、日本、欧洲和澳大利亚开展了一些公共和私人资助的研究项目。在这段时间里，虽然不太公开，但有一些石油公司越来越多的人对地质储存作为一种缓解方案感兴趣，特别是对于天然二氧化碳含量高的气田，如印度尼西亚的Natuna、阿尔及利亚的in Salah和澳大利亚的Gorgon。最近，煤矿公司和发电公司已开始研究地质储存，将其作为与其行业相关的缓解选择。

在十多年的时间里，二氧化碳的地质储存已经

图5.3深层地下地质构造中储存二氧化碳的选项(Cook, 1999年之后)。

从一个利益有限的概念发展到被广泛认为是一个潜在的重要缓解方案(图5.1)。这有几个原因。首先，随着研究的进展以及示范和商业项目的成功实施，人们对这项技术的信心水平有所提高。第二，人们一致认为需要一系列广泛的缓解方案。第三，地质储存(与二氧化碳捕获相结合)可以帮助大幅减少大气中的二氧化碳排放。但是，如果要实现这一潜力，这项技术必须是安全的、环境上可持续的、具有成本效益并且能够广泛应用。本章探讨这些问题。

要在地质上储存二氧化碳，首先必须将其压缩，通常压缩到一种称为“超临界”的致密流体状态(见术语表)。根据温度随深度增加的速率(地温梯度)，CO2的密度将随深度增加，直到约800 m或更大，注入的CO2将处于致密超临界状态(图5.2)。

二氧化碳的地质储存可以采用多种方式进行地质环境在沉积盆地。在这些盆地中，油田、枯竭气田、深部煤层和盐渍层都是可能的储层(图5.3)。

陆上和海上都可以进行地下地质储存，海上地点可以通过从岸上或从海上的管道进入海上平台．大陆架和一些相邻的深大陆架海洋沉积盆地是潜在的近海储存地点，但深海海底的大多数沉积物太薄且不透水，不适合地质储存(Cook和Carleton, 2000)。除了在沉积地层中储存外，还考虑到在洞穴、玄武岩和富含有机物的页岩中储存(第5.3.5节)。

多年来，为了处理石油生产中不需要的化学物质、污染物或副产品，提高石油和天然气产量或补充枯竭的地层，大量流体被注入地下深处(Wilson et al.， 2003)。这些活动所涉及的原则已经确立，大多数国家都有管理这些活动的条例。雷竞技手机版app天然气多年来，在世界许多地方也大规模注入和储存在地下。到目前为止，注入二氧化碳的规模相对较小，但如果要用它来显著减少现有固定源的排放，那么注入速度就必须与目前正在进行的其他注入操作类似。

但是，世界的地质储存能力是多少?它是否出现在我们需要它的地方?这些问题在第2章中首次提出，但本章的第5.3.8节详细考虑了CO2源与地质储存地点的地理匹配。并不是所有的沉积盆地都适合储存二氧化碳;一些地层太浅，另一些地层以低渗透性或限制性差的岩石为主。适合储存二氧化碳的盆地具有以下特征:沉积物堆积厚，含盐水饱和的渗透性岩层(含盐水地层)，低孔隙率岩石的广泛覆盖(起密封作用)和结构简单。

虽然许多盆地都有这样的特征，但也有许多盆地没有。

未来几年是否可能有足够的存储容量来满足世界的需求?要考虑这个问题，将其与用于矿藏的术语“资源”和“储量”进行比较是有用的(McKelvey, 1972)。矿藏或矿床化石燃料经常被引用为非常大的资源数字，但“已探明”储量只是资源的一小部分。资源数字是根据商品的销售价格、开发该商品的成本、适当技术的可得性、该商品存在的证据以及开发该商品的环境或社会影响是否为社区所接受。同样，要将技术性地质储存能力转变为经济储存能力，储存项目必须在经济上可行、技术上可行、安全、环境和社会上可持续并为社区所接受。考虑到这些限制，实际使用的存储容量将不可避免地大大低于技术潜力。第5.3节探讨了这个问题。在人们居住的许多地区，以及由大型固定来源产生二氧化碳的地区，可能存在可用的储存能力。这种存储需求和存储容量在地理上的一致性不应该让人感到惊讶，因为世界上大部分人口都集中在沉积盆地下的地区(Gunter et al, 2004)。

同样重要的是，要知道储存的二氧化碳在多大程度上是安全的，能保留多长时间——几十年、几百年、几千年还是地质时间?为了确保公众安全，储存场所的设计和操作必须尽量减少泄漏的可能性。因此，必须查明可能的泄漏途径，并制定程序，以制定适当的设计和业务标准以及监测、测量和核查要求。第5.4、5.6和5.7节讨论这些问题。

在本章中，我们主要考虑纯的或接近纯的二氧化碳的储存。有人认为，与H2S、SO2或NO2共同储存CO2在经济上可能是有利的。由于只有少数科学研究评估了这些添加成分对存储性能或风险的影响，因此在此不全面讨论。此外，从加拿大酸气注入的实际经验中获得的有限信息不足以评估添加的组件对存储安全的影响。

5.1.2现有和计划中的CO2项目

一些试点和商业二氧化碳储存项目正在进行或拟议中(图5.1)。迄今为止，大多数实际或计划中的商业项目都与大型天然气生产设施有关，这些设施的天然气流中二氧化碳含量在10-15%之间，如北海的Sleipner、巴伦支海的Snohvit、阿尔及利亚的in Salah和澳大利亚的Gorgon(图5.1)，以及加拿大和美国的酸性气体注入项目。在Statoil运营的Sleipner项目中，自1996年以来，已向深海含盐地层注入了超过700万吨二氧化碳(图表5.1)。现有及计划中的

表5.1当前和计划的地质储存项目的选择。

项目	国家	项目规模	领导组织	注射开始日期	近似平均日注入量	存储空间	存储类型	地质储存地层	形成年龄	岩性	监控
斯莱	挪威	商业	挪威国家石油公司,国际能源机构

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