CN102519679A - 一种co2地质封存中钻孔泄漏的测定方法 - Google Patents

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庞忠和
黄天明
孔彦龙
袁利娟
李捷
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Abstract

一种测定CO2地质封存过程中钻孔引起气体泄漏的方法，其主要步骤是：1)在CO2注入前，对注入井及监测井周边土壤中CO2含量及同位素组成进行背景值取样调查，查明未扰动条件下土壤中CO2含量及CO2来源；2)对注入的CO2的碳同位素进行分析并标记特征，注入深部咸水层；3)在距注入井不同的位置，分时间段对土壤中CO2含量及同位素进行取样分析，测定土壤中CO2含量相对于未扰动条件是否增加，以及与CO2注入之间的联系。本发明的方法可以对CO2地质封存的注入井和监测井周边的土壤气中CO2含量与同位素组成进行监测，从而评价注入井和监测井对CO2封存安全性的影响。

Description

一种CO2地质封存中钻孔泄漏的测定方法
技术领域
本发明涉及一种监测气体泄漏的方法，具体地说涉及一种CO2地质封存中钻孔引起气体泄漏的测定方法。
背景技术
在全球气候变化的背景下，大规模的深部咸水层CO2地质封存(CCS)被看作是最有潜力的减排措施之一。为了保证其安全性和封存的有效性，对CO2注入深部咸水层后的运移状况的监测则是十分必要和迫切的。目前主要集中在利用地球物理方法对CO2的扩散晕和利用地球化学方法对水-岩-气反应进行监测。然而CO2可能通过断裂带和这些注入和监测钻孔泄漏到浅部含水层或地表，从而危害生态环境系统。因此如何有效地监测CO2泄漏，对于CO2地质封存具有重要影响。
安全性监测和评价是CO2地质封存中的一个最关键性问题。一方面CO2可能突破盖层向浅部含水层泄漏，也可能通过断层和断裂带向上运移至浅部含水层和地表，另外，也有可能突破注入井井壁、甚至是监测井井壁向周边扩散。
由于目前国际上商业运行的CO2地质封存项目数量十分有限，规模更是处于试验阶段。公知技术(可参阅Lombardi and Voltattorni，2010Appl.Geochem 25：1206-1220和Annunziatellis et al.，2008，Int.J.Greenh Gas.Con.3：353-372)曾监测天然类似体(CO2气田等)土壤及含水层中CO2含量及组成与水化学成分，并与周边未发生CO2泄漏的含水层进行比较，来理解CO2迁移机制并在很短时间内预测CO2泄漏对浅部含水层和生态系统的最终影响。但没有对CO2注入后通过断层断裂和注入井泄漏进行研究与监测，也没有注意到注入井发生泄漏的可能性，同时缺乏评价手段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CO2地质封存中钻孔引起气体泄漏的测定方法。
为实现上述目的，本发明提供的CO2地质封存中钻孔引起气体泄漏的测定方法，其主要步骤是：
1)在CO2注入前，对注入井及监测井周边土壤中CO2含量及同位素组成进行背景值取样调查，查明未扰动条件下土壤中CO2含量及CO2来源；
2)对注入的CO2的碳同位素进行分析并标记特征，注入深部咸水层；
3)在距注入井不同的位置，分时间段对土壤中CO2含量及同位素进行取样分析，测定土壤中CO2含量相对于未扰动条件是否增加，以及与CO2注入之间的联系。
所述的方法，其中，测定的内容包含CO2的含量、CO2的δ13C值并测定土壤向大气的排泄通量。
所述的方法，其中，测定土壤气的CO2的含量是用带有内置泵的红外气体分析仪。
本发明的方法可以对CO2地质封存的注入井和监测井周边的土壤气中CO2含量与同位素组成进行监测，从而评价注入井和监测井对CO2封存安全性的影响。
附图说明
图1是CO2地质封存后，有可能会逐渐向地层上方溢出的示意图。
图2是本发明用于测定土壤中CO2的含量的测定工具示意图。
图3是本发明测定土壤CO2向大气排泄通量的测定工具和方法的示意图。
具体实施方式
本发明的技术方案基本原则是根据CO2地质封存的选址原则及安全性评价内容，在CO2注入前应该对监测部位进行背景值调查，注入后对注入井和监测井周边土壤CO2进行监测，检验是否有注入的CO2的溢出。监测的内容应包含CO2的含量(体积百分数)、CO2的δ13C值(以区分CO2来源)，和CO2向大气排泄通量。请参阅图1，通过CO2注入井向深部咸水层注入液体CO2后，如果CO2溢出，会逐渐通过断层向地层上方溢出，另外通过注入井甚至监测井泄漏到土壤中。如图1中的深部咸/淡含水层、承压含水层、浅部含水层、地下水位中的灰色区域所示。
本发明的测定方法是在CO2注入前对注入井及监测井周边土壤中CO2含量及同位素组成进行背景值取样、调查，查明未扰动条件下土壤中CO2含量及CO2来源。
在注入前，对注入的CO2的碳同位素进行分析，标记注入的CO2的特征。在CO2注入深部咸水层后，距注入井不同位置(如3m间隔)分时间段(注入过程中1小时两次，注入完成后1天一次、注入完成半年后2周一次)对土壤中CO2含量及同位素进行取样、分析。首先查看土壤中CO2含量相对于未扰动条件是否增加，测定的内容应包含CO2的含量(体积百分数，精度0.01％)、CO2的δ13C值(区分来源，精度0.1‰)。具体测定方法是采用图2所示的空心不锈钢管(内径可以视需要而定，比如8mm)，下部用钉子套住，用锤子打入土壤，一般深度在50-100cm。再稍微将不锈钢管往上一提，则钉子落在土壤中，使土壤气可通过不锈钢的底部进入不锈钢管内。不锈钢管在地面的一端通过硅胶管连接带有内置泵的红外CO2监测仪(如X-am 7000红外CO2监测仪配高浓度探头0-100％v)测定土壤气的CO2的含量。
如果出现含量增高则测定与CO2注入之间的联系，具体地说就是测定土壤向大气的排泄通量。
对于测定CO2的排泄量，采样闭路累积循环系统(如图3所示)。可利用已知体积的树脂玻璃的箱子开口直接扣置到地面的土壤上，箱子两侧通过硅胶管连接CO2红外检测仪，形成闭路循环系统。测定箱子内CO2含量随时间的线性变化系数(一般在1分钟内)，进而可得到土壤CO2向大气排泄通量可用式1进行计算：
Figure BDA0000124760730000032
(式1)
其中
Figure BDA0000124760730000033
为土壤CO2向大气排泄通量；(d[CO2])是CO2线性增量(ppm/s)V是树脂玻璃箱子的体积(m3)；A是树脂玻璃箱子的底面积(m2)；T和T0分别是实测温度和标准温度(°K)；P和P0分别是实测和标准大气压(kPa)；k是单位转化系数(169.71)。

Claims (3)

1.一种测定CO2地质封存过程中钻孔引起气体泄漏的方法，其主要步骤是：
1)在CO2注入前，对注入井及监测井周边土壤中CO2含量及同位素组成进行背景值取样调查，查明未扰动条件下土壤中CO2含量及CO2来源；
2)对注入的CO2的碳同位素进行分析并标记特征，注入深部咸水层；
3)在距注入井不同的位置，分时间段对土壤中CO2含量及同位素进行取样分析，测定土壤中CO2含量相对于未扰动条件是否增加，以及与CO2注入之间的联系。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，测定的内容包含CO2的含量、CO2的δ13C值并测定土壤向大气的排泄通量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，测定土壤气的CO2的含量是用带有内置泵的红外气体分析仪。
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