发布机构: 山西省科学技术厅能源处 发布日期: 2021-10-28 09:38:32

孟尚志:山西省二氧化碳地质封存条件分析与建议

中共中央、国务院近期发布的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》指出,加快推进页岩气、煤层气、致密油气等非常规油气资源规模化开发,强化风险管控,确保能源安全稳定供应和平稳过渡;推进规化碳捕集利用与封存技术研发、示范和产业化应用;在完善投资政策方面,要加大对节能环保、新能源、低碳交通运输装备和组织方式、碳捕集利用与封存等项目的支持力度;积极推动岩溶碳汇开发利用。目前国际上公认的陆上二氧化碳的地质封存的地质构造为:深部盐水层构造(DSR)、枯竭的油气藏、不可开采的煤层。

一、深部咸水层封存

山西省目前深部咸水层位于鄂尔多斯盆地东缘石千峰组及以下的地层,主要包括致密砂岩层、灰岩层,位于吕梁、临汾部分地区。

这些地区的砂岩普遍含有高矿化度咸水,地层也是致密气的储层,中石油、中海油在此区域进行了多年的致密气勘探开发,获得了较高的天然气产量。大部分区域砂岩致密,渗透率低,需要压裂开发,二氧化碳封存量低。部分区域封闭条件好,渗透率高,可能具备良好的二氧化碳地质封存条件。

目前该区域进入致密气的勘探开发阶段时间不长,近期内还不会出现枯竭的气藏,在此地区进行二氧化碳封存,也可能会影响致密气开发。

该地区的奥陶灰岩埋深较深,许多区域超过2000米,厚度超过百米,灰岩与地表不连通,地下水矿化度高,部分区域裂缝发育,是良好的岩溶碳汇开发的区域。二氧化碳注入后,会与碳酸盐发生化学反应,进一步侵蚀岩层,造成封存空间进一步扩大,可以封存大量的二氧化碳。国际、国内进行了灰岩地层封存二氧化碳试验,在该地区可进行地质调查,探索灰岩封存二氧化碳的可行性。

二、深部煤层封存

山西省煤层分布面积广,各种煤阶的煤层都存在。在煤层中注入二氧化碳,一方面可以封存二氧化碳,同时由于二氧化碳在煤层的吸附能力是甲烷的2倍,注入二氧化碳可以置换甲烷。

根据国家发展改革委、应急部、国家能源局、国家煤矿安监局联合印发的《关于加强煤矿冲击地压源头治理的通知》(发改能源〔2019〕764号),国家不再核准第一水平采深超过1000米的新建矿井,采深超过1200米的改扩建大中型矿井。深度超过1000米的煤层压力基本超过8MPa,温度超过30度,可以达到二氧化碳的超临界状态,能很好的封存二氧化碳,同时驱替甲烷,提高煤层气采收率。

山西省是煤层气大省,同时作为国家资源型经济转型综合配套改革试验示范区,承担着国家能源革命排头兵的使命,在深部煤层注入二氧化碳,一方面可以封存,同时可以增加煤层气产量。

中联公司在沁水盆地、鄂尔多斯盆地进行了多个国际合作项目、国家重大专项、国家科技支撑计划项目,在煤层注二氧化碳提高采收率项目,累计注入1万吨二氧化碳,最高单井注入2000吨,临井产量提高100%,二氧化碳没有发生泄漏。

在深部煤层封存二氧化碳,符合《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》的通知精神,可以加快煤层气规模化开发。

三、废弃煤矿区封存

  山西省早年开采废弃煤矿基本都是开采浅部煤层(<300m),开采埋深300-500m左右的大矿全部是机械化大断面开采,这些废弃的煤矿采空区塌陷可直达地表,多不具永久封存条件。部分封存条件好的区域,承压能力差,封存压力很难超过7MPa,不能达到二氧化碳的超临界状态,封存量低。废弃煤矿区可作探索性研究或局部小规模试验。

四、山西省二氧化碳封存建议

二氧化碳封存需要碳汇匹配,由于二氧化碳运输成本高,二氧化碳捕集后需就地近距离封存。同时二氧化碳捕集成本较高,目前捕集成本较低的行业为煤化工企业。山西省煤化工企业集中在长治市、吕梁市东部县市,这些区域煤层分布面积广,无深部咸水层,同时奥陶灰岩与地表沟通,不具备咸水层封存的条件。

建议在山西省进行深部煤层的二氧化碳封存工业化示范,提示提高煤层气产量和采收率,加快山西省煤层气产业发展。

  

供稿人:孟尚志  中联煤层气(山西)有限责任公司  高级工程师


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