二氧化碳地质封存与利用监测基础 9787511471215

本书系统阐述了二氧化碳封存与利用过程中动态监测的相关概念、原理、技术和方法，以提高读者对碳捕集、利用与封存（CCUS）过程中的流体运移及监测的认识。具体内容包括二氧化碳地质封存概况及封存原理、封存与利用中流体运移监测、二氧化碳泄漏风险及评价方法、地质封存利用的地球物理监测、地质封存利用的地球化学监测、封存与利用数值模拟理论、环境监测及评价、监测设备仪器。全书突出封存与利用过程监测的基础理论和基本方法，强调将CCUS过程中流体运移、泄漏及监测的关键知识点以及理论与工程实践的结合，使读者能掌握扎实的CCUS监测理论基础，做到紧跟行业发展、与时俱进。

赖枫鹏

男，博士，教授，博士生导师，现任中国地质大学（北京）能源学院副院长。2009年6月获中国地质大学（北京）油气田开发工程专业博士学位，入选自然资源部高层次科技创新人才工程。担任中国高等教育学会科技服务专家指导委员会委员、全国渗流力学青年学术委员会委员、能源行业地热能专业标准化技术委员会地热资源勘查与评价组专家、《石油科学通报》执行编委、《石油实验地质》青年编委。主要从事石油与天然气工程、CO2封存与利用方面的教学及科研工作。

第一章二氧化碳地质封存概况及原理1

第一节CO2地质封存项目概况1

第二节CO2地质封存方式4

一、不同封存地质体4

二、不同封存方式5

第三节CO2地质封存机理7

一、地层水体系与CO2封存利用7

二、CO2-地层水对岩石矿物组成的影响12

第四节CO2封存量计算19

一、CO2溶解于地层水中19

二、CO2溶解于原油中21

三、CO2封存在有效储集空间24

四、储层矿物化学捕获CO224

五、CO2驱油封存实例计算25

第五节非纯净CO2地质封存28

一、非纯净CO2地质封存概述28

二、杂质的影响28
第二章封存与利用中流体运移监测31

第一节储层精细表征方法与技术31

一、储层精细表征方法31

二、基于机器学习的储层精细表征32

第二节流体运移规律39

一、物理模拟实验40

二、CO2运移数值模拟43

三、CO2运移影响因素51

第三节流体运移监测技术53

一、储层物性测试53

二、CO2分布监测53

三、生产井监测54

第四节流体运移监测实例54

一、吉林油田CCUS流体运移监测54

二、复杂断块油田CO2驱油监测55

三、延长油田CCUS流体运移监测57
第三章二氧化碳泄漏风险及评价方法58

第一节CO2泄漏的途径58

一、沿断层泄漏59

二、盖层泄漏62

三、井筒泄漏65

第二节CO2泄漏的危害67

一、CO2泄漏对地下水的危害68

二、CO2泄漏对土壤生态系统的危害68

三、CO2泄漏对植被/农作物的危害68

第三节泄漏风险评价方法69

一、模糊综合评价方法69

二、神经网络算法71

三、卡尔曼滤波算法73
第四章地质封存利用的地球物理监测82

第一节地震监测82

一、四维地震监测82

二、垂直地震剖面技术(VSP)95

三、时移垂直地震101

第二节测井技术监测107

一、地层水电阻率评价107

二、声波测井109

第三节电磁监测109

一、基本原理109

二、监测实例111
第五章地质封存利用的地球化学监测114

第一节示踪剂监测114

一、示踪剂性能要求114

二、示踪剂流动模型115

三、气体示踪剂117

四、同位素监测119

五、应用实例120

第二节水化学分析121

一、钙镁离子测定121

二、碳酸根、重碳酸根和氢氧根123

三、氯化物124

四、游离CO2124

五、侵蚀性CO2125

第三节监测体系125

一、监测指标126

二、监测方法126
第六章封存与利用数值模拟理论128

第一节盐水层地质封存数值模拟128

一、地质体和变量128

二、控制方程130

第二节CO2驱油数值模拟134

一、非等温多相流体渗流理论及方程134

二、反应溶质运移基础理论139

第三节CO2-ECBM数值模拟141

一、温度场-流体场-应力场耦合模型141

二、温度场-流体场-应力场交叉耦合模型148
第七章环境监测及评价150

第一节环境风险与环境影响150

一、环境风险150

二、环境影响151

第二节地下水监测152

一、地下水理化参数监测152

二、数值模拟软件154

三、地下水监测实例158

第三节近地表监测159

一、土壤159

二、植被系统163

第四节大气监测167

一、卫星遥感反演CO2浓度167

二、无人机实时监测168

三、可调谐半导体激光吸收光谱技术170

第五节环境监测法规172

一、国外环境监测法规172

二、国内环境监测法规173
第八章监测设备仪器174

第一节高精度传感器174

一、气体传感器174

二、温度传感器177

第二节CO2监测系统178

一、系统感知层178

二、传输层178

三、应用层181

第三节CO2封存井下多参数监测仪181

一、基本功能181

二、实例182

第四节井地联合微震监测装备182

一、地面微震传感器182

二、井中微震数据采集设备182
参考文献184

本书系统阐述了二氧化碳封存与利用过程中动态监测的相关概念、原理、技术和方法，以提高读者对碳捕集、利用与封存（CCUS）过程中的流体运移及监测的认识。具体内容包括二氧化碳地质封存概况及封存原理、封存与利用中流体运移监测、二氧化碳泄漏风险及评价方法、地质封存利用的地球物理监测、地质封存利用的地球化学监测、封存与利用数值模拟理论、环境监测及评价、监测设备仪器。全书突出封存与利用过程监测的基础理论和基本方法，强调将CCUS过程中流体运移、泄漏及监测的关键知识点以及理论与工程实践的结合，使读者能掌握扎实的CCUS监测理论基础，做到紧跟行业发展、与时俱进。

赖枫鹏

男，博士，教授，博士生导师，现任中国地质大学（北京）能源学院副院长。2009年6月获中国地质大学（北京）油气田开发工程专业博士学位，入选自然资源部高层次科技创新人才工程。担任中国高等教育学会科技服务专家指导委员会委员、全国渗流力学青年学术委员会委员、能源行业地热能专业标准化技术委员会地热资源勘查与评价组专家、《石油科学通报》执行编委、《石油实验地质》青年编委。主要从事石油与天然气工程、CO2封存与利用方面的教学及科研工作。