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通过利用最新的先进技术以及对多学科的技能和数据进行整合，地球科学在降低CCUS开发风险方面发挥着关键作用。
编译 | 大安
碳捕获、封存和利用（CCUS）技术，在能源领域向未来二氧化碳净零排放过渡过程中，将发挥关键作用。碳封存是指将从排放源（如工业场地）捕获的二氧化碳进行分离、运输并注入合适的深层地质构造中进行永久储存的过程。二氧化碳可以储存几十年，向大气和环境泄漏的风险很低。如果二氧化碳不能用于建筑材料、化学品和其他产品，那么在适当的地层中永久储存，也是二氧化碳净零排放的一个解决方案。
根据国际能源署的可持续发展设想，CCUS预计将贡献二氧化碳预期累积减少量的近15%，并随时间增长。这将占到2070年累计减排量的近六分之一（图1）。为了实现这些目标，到2030年，CCUS的存储容量需要增加20倍，以存储和利用840公吨的二氧化碳，这远远超过目前估计的40公吨（国际能源署，2020年）。石油圈原创，石油圈公众号：oilsns
图1 与2019年至2070年的既定政策方案相比，可持续发展方案描述了全球能源部门的二氧化碳减排。（来源：修改后的IEA数据，能源技术展望2020）。
01. CCUS部署的障碍和风险
在过去20年中，由于一系列因素，大规模项目部署相对缓慢。下表总结了在IEA 2020可持续发展情景下，阻碍实现CCUS目标的一些因素。石油圈原创，石油圈公众号：oilsns
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主要风险包括技术方面（如地下认识）、项目绩效和技术、经济（如项目成本和收入模型）和融资渠道。市场、政治和法律方面是其他风险领域，将影响满足净零目标所需的规模的CCUS项目的交付。
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02. 地球科学在 CCUS 中的作用
虽然在过去五年中CCUS取得了重大进展，但工业和金融部门需要看到项目如何有效降低风险。通过利用最新的先进技术以及多学科技能和数据的整合，地球科学在降低CCUS开发风险方面发挥着关键作用。
技术方面需要解决的一些最重要的风险，正是地球科学发挥关键作用的地方。在CCUS项目和氢存储的整个生命周期中都是如此。鉴于其复杂性，需要来自地球科学和工程等几个领域的专业知识，这些领域在过去已经成功地应用于石油和天然气行业的许多大型复杂项目。
评估地下风险需要整合关键的地球科学学科，从地球物理学、地质学、岩石物理学到油藏和完井工程。CCUS项目需要进行储存筛选，以确定潜在地点；需要进行详细的储存评估，以确定容量；需要进行控制和注入能力评估，以优化注入期间的操作；需要进行长期监测，以确保安全性，并满足监管要求。石油圈原创，石油圈公众号：oilsns
例如，CGG公司借助其地下成像能力、地下数据整合能力和储层建模能力为其客户评估地下风险，通过对丰富的地球科学数据库和工作流程进行调整，帮助客户缩短存储评估期间的时间周期，加快识别新的潜在CCUS项目，并更好地评估不确定性和风险。
对于储存筛选，CGG的多客户端数据和GeoVerse碳储存筛选产品更是帮助CCUS运营商在枯竭油气藏和含水层中快速确定合适的储存地点。对于储存评估，需要调查的三个关键领域是圈闭、容量和注入能力（图2）。石油圈原创，石油圈公众号：oilsns
图2 CCUS地下评价和储层建模的关键技术因素包括容量、注入能力和圈闭。（来源：CGG）
评估圈闭风险需要使用复杂的地质力学模型以及断层密封分析和裂缝表征成像技术，来评估盖层和圈闭的完整性。综合储层表征（图3）对通过分析井数据和地震信息了解储层特征和连通性，以建立真实的储层模型，从而了解储层容量，也至关重要。可用信息量将取决于永久性二氧化碳储存的类型。在枯竭油气藏的情况下，储层已被证实存在密封和圈闭，尽管再增压的情况下储层行为通常是未知的。
图3 集成工作流程的CCUS储层表征的示意图，指出了关键步骤和所需学科范围。（来源：CGG）
了解注入能力是确定所需注入井数量和注入速率的另一个关键因素。这是经济评估的重要参数。储层连通性和渗透率、成岩作用和孔隙系统稳定性以及地质力学效应，将决定注入的操作局限，这可以使用动态储层建模进行评估。借助传统的地震成像方法和集成工作流程，地球科学可以估计储层中CO2羽流的位移；估计因CO2加压和注入导致故障重新激活的可能性；估计注入二氧化碳羽流发生不希望迁移的情况（导致泄漏到地表）；估计储层的不确定性。石油圈原创，石油圈公众号：oilsns
CO2通常作为超临界流体注入，这意味着CO2储层的压力很高。地球科学工程师可以应用地质力学专业知识，例如地质力学储层模拟器，模拟由于二氧化碳注入引起的裂缝产生/扩展和盖层破裂，以帮助明确注入能力，确定注入期间的安全作业范围，并设计评估井来降低项目和经济相关的风险。
详细的工程研究，对于确保油井安全处理以避免泄漏到附近的储层、含水层或地表，也至关重要。
需要对以上所有方面进行分析，以确定地质构造是否适合CO2封存。在许多情况下，枯竭的石油和天然气井是很好的储存环境，因为它们已经被证明是流体容器（具有良好的封存能力），这样可以更好地了解CO2封存风险。石油圈原创，石油圈公众号：oilsns
在监控方面，地球科学工作者也可以通过处理和集成多种不同类型的数据和信息，包括卫星InSAR、重力和电磁测量、3D/4D地震成像、储层模型和油井数据，助力客户满足CCUS监控要求，此外加入新型传感器以及采集和监测解决方案，可以提供永久监测服务。
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