二氧化碳封存场地适宜性分布探析

王金仓

中海油田服务股份有限公司油田化学事业部  300459

摘要：CO2封存场地的适宜性评估不仅对封存过程的成本产生重要影响，而且还决定了CO2输送的成本，直接关系到CCUS项目的源汇配置以及CCUS技术在中国整体部署的策略。此外，准确评估CO2封存适宜性对于实现大规模CCUS项目、优化碳源与碳汇匹配至关重要。虽然对中国沉积盆地进行的CO2封存适宜性评估已取得显著进展，但鉴于CO2封存地涉及到的地质、社会、经济和环境等多重复杂因素，它是一个跨学科的复杂问题，依然需要在已有研究的基础上进行更深入的研究与探讨。因此，为了深入研究CCUS的源汇匹配问题，评估CO2地质封存场地的适宜性成为了研究的首要任务。

关键词：二氧化碳；封存场地；适宜性分布

1. CO2封存潜力评估的研究现状

据国际气候变化专门委员会（IPCC）报告，CO2地质封存可在油田、深层盐水层及未开采的煤矿中实现。目前采用的评估方法存在较大差异，这影响了评估结果的可比性和一致性。国际碳封存倡导组织划分了四个封存能力等级，从低到高依次为理论封存能力、有效封存能力、实际封存能力和最优封存能力，构成了一个从底层向上的能力层级结构。

2. CO2封存场地环境评价方法

基于CO2封存对环境及社会的影响，将封存场地的环境适宜性划分为四级：第一级代表完全不适宜（I级），第二级为基本适宜（II级），第三级为较为适宜（III级），而第四级则完全适宜（IV级）。在进行碳捕集与封存（CCUS）的源点到汇点匹配及CO2输送管道的规划时，通常选取城镇或县级作为规划的基本单元。为实现更细致的评估，采用县级行政区划来细分评估区域，即以各县行政区域的面积为基准进行评估。

表1 CO2封存场地环境风险及环境影响评价方法

指标因素	完全不适宜I级	基本适宜II级	较为适宜III级	完全适宜IV级
重要水源	√	/	/	/
大坝	√	/	/	/
机场	√	/	/	/
人口密度	＞1500	1000-1500	150-1000	≤150
GDP	＞1000	500-1000	300-500	≤300
公路密度	＞1	0.5-1	0.3-0.5	≤0.3
铁路密度	＞0.50	020-0.50	0.05-0.20	≤0.05
自然保护区	＞50%	30%-50%	10%-30%	≤10%
全国地表水	＞20%	10%-20%	1%-10%	≤1%
生态水源涵养	极重要地区	重要地区	中等地区	一般地区
生态放风固沙	极重要地区	重要地区	中等地区	一般地区
生态生物多样性	极重要地区	重要地区	中等地区	一般地区
生态土壤保持	极重要地区	重要地区	中等地区	一般地区

在表1中，适宜性等级I包括了确定CCUS项目选址时的禁止性指标，表明在此等级的地区禁止进行CCUS项目的建设。而适宜性等级II、III及IV则分别代表了CCUS项目选址在社会环境方面的适宜性逐级增加。

3. 中国陆上油藏适宜性评价方法

关于CO2增强油藏回收（CO2-EOR）的方法，根据CO2与油藏中的原油反应状态，可以将其细分为混合相和非混合相CO2-EOR。理论上，若压力足够，则CO2将在储层的温度条件下与原油实现混溶。在这种场合，所需的最小压力被称为最小混溶压力（MMP）。若储层的压力等于或超过MMP，则CO2将在混合相状态下有效推进原油，如果低于MMP，则将采用效率较低的非混合相推进方法。根据相关数据分析，达到混合相状态的CO2-EOR可以使油田的采收率最高提升至60%至70%；而采用非混合相推进时，采收率仍可超过50%。虽然非混合相CO2-EOR的效率相对于混合相CO2-EOR有所下降，但它仍旧是一种相对于传统水驱更为有效的提油策略。鉴于筛选的关键标准及油藏参数的易获得性，在本研究中采纳了以下筛选标准，详见表2。

表2 适宜CO2-EOR油藏的筛选标准

油藏特征	适宜混相驱油	适宜非混相驱油
阶段	初级、次级或未开发	初级、次级或未开发
油藏深度(ft)	≥1600且≤13.365	≥1150且≤8.500
油藏温度(°F)	≥82且≤260	≥82且≤198
原始地层压力(psi)	≥MMP
原始石油储量(MMSTB)	≥12.5	≥12.5
原油重度(API)	≥22且≤45	≥11且≤35
孔隙度(%)	≥3且≤37	≥17且≤32

4. 中国陆上CO2封存地适宜性分布

通过综合考虑社会、经济和环境指标，对中国陆地沉积盆地的CO2封存适宜性进行了评级，共划分为四个等级。在这些陆上盆地覆盖的839个县（区）中，有317个县（区）被划为第一级（I级），即不允许进行CO2封存的区域，这些区域占总陆上盆地面积的27%。这317个县区遍布所有陆上盆地，主要由于两方面原因：一是部分大城市的主城区人口密集；二是尽管某些县区人口不多，但它们往往位于关键水源地或极为重要的生态保护区内。二级适宜区域（II级），即基本适宜的区域，涉及到286个县（区），这些区域总共占陆上沉积盆地面积的27.5%。第三级适宜区（III级），或称为较适宜区，涵盖了217个县（区），这些区域占据了陆上沉积盆地总面积的最大比例，大约41%，总共具有8584亿吨CO

2的理论封存潜力。最适宜的IV级区域包括了19个县（区），这些区域占所有陆上沉积盆地面积的4.4%，并且它们的深层咸水层总共拥有约900亿吨CO2的理论封存能力。这些关键的县（区）主要位于塔里木盆地、松辽盆地和二连盆地等地。如塔里木盆地的阿克苏和阿拉尔，松辽盆地的通榆县和科尔沁左翼中旗等地。除了地质条件外，还需考虑到水资源的丰富程度、地震风险以及与稳定碳源的距离等因素。因此，一个地区的社会、经济和环境适宜性虽是选址的初步考虑因素，但实际应用中还需进行深入的现场调查和综合评估。

结语：

CO2地质封存作为一项减缓气候变化的有效手段，在技术、环境评价以及适宜性筛选方面都已取得了显著进展。然而，封存技术的推广和应用还面临着评价方法一致性、场地环境影响、以及具体操作条件等多方面的挑战。在未来，需要进一步统一评估标准、细化环境影响评价，并结合实地调研，以确保CO2封存项目的环境友好性和经济可行性。此外，随着研究的深入和技术的发展，有望在更多的区域内找到适宜的CO2封存场地，为全球减排做出努力。

参考文献

[1]祁生文,郑博文,王赞,等.二氧化碳地质利用与封存场址的地质评价[J].中国科学:地球科学,2023,53(09):1937-1957.

[2]张泉,林进,折印楠,等.我国二氧化碳地质封存潜力评价研究进展[J].中国石油和化工标准与质量,2022,42(11):144-146.