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OGG-S-006·S 级报告·CCUS 与双碳

CO₂ 咸水层封存场地评价、注入与监测技术体系研究

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SOG-GCCUS 与双碳CO₂ 驱油与封存油气与新能源
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CO₂ 咸水层封存场地评价、注入与监测技术体系研究

报告编号:OGG-S-006 出品方:经纬智汇信息咨询有限公司 报告日期:2026 年 6 月 保密级别:对外交付(客户报告 / 咨询交付物 / 合作提案) 版本:V1.0 研究方向:CCUS 与双碳 · CO₂ 驱油与封存 · 旗舰级深度调研

执行摘要

二氧化碳(CO₂)深部咸水层封存(Deep Saline Aquifer Storage)是全球地质封存容量最大、分布最广、最具规模化潜力的碳封存技术路径,已成为各主要经济体实现"碳中和"目标不可或缺的兜底性减排选项。与枯竭油气藏封存依赖既有储量、煤层封存受吸附容量制约不同,咸水层广泛分布于全球各大沉积盆地,理论封存容量可达万亿吨级,能够承接钢铁、水泥、化工、电力等难减排行业的大规模碳减排需求。本报告从储存机制、场地评价、注入工程、监测核查(MRV)四大技术体系出发,结合全球三十年示范工程经验与中国本土化实践,系统梳理该领域的技术现状、市场格局、竞争态势与未来趋势,并为立项、选型、投资决策提供依据。

核心研判一:技术体系已基本成熟,成本与监管成为规模化的核心瓶颈。 经过自 1996 年挪威 Sleipner 项目以来近三十年的工程验证,咸水层封存在场地评价(以 ISO 27914、DNV-SE-0473 为代表的标准认证体系)、注入工程(超临界相态管理、抗腐蚀合金套管与抗 CO₂ 腐蚀水泥)、监测核查(4D 时移地震、分布式光纤声波传感 DAS、InSAR 卫星形变监测、化学与同位素示踪剂)三大环节已形成完整且可工程化落地的技术链条。然而,全流程成本高企(中国全链条成本逾 300 元/吨,其中捕集环节占比超 70%)、各国专属法规体系成熟度参差、社会接受度管理经验不足,构成制约其从"示范"走向"商业规模"的三大现实障碍。

核心研判二:中国封存潜力雄厚、示范规模追赶迅速,但方法学与国产化仍存差距。 中国陆上理论地质封存容量约 1.21 万亿至 4.13 万亿吨,其中深部咸水层贡献 0.16 万亿至 2.42 万亿吨,有利封存区集中于渤海湾、松辽、鄂尔多斯、准噶尔、苏北、四川、珠江口等盆地。神华(国家能源集团)鄂尔多斯 CCS、中海油恩平 15-1(中国首个海上 CCUS)、齐鲁石化—胜利油田百万吨级项目等已相继落地,标志着中国进入规模化示范阶段。但在场地评价方法学的系统性、监测装备(尤其井下光纤、4D 地震核心元器件)的国产化率、专属封存法规与碳信用方法学的完备性等方面,与欧美先进水平仍有可见差距。

核心研判三:全球市场进入加速扩张期,枢纽集群与第三方封存服务成为降本主线。 据 Global CCS Institute《Global Status of CCS 2025》,全球运行中的 CCS 设施已达 77 个、年捕集能力约 64 百万吨(Mtpa,同比增长 54%),另有 47 个在建项目(约 44 Mtpa)。挪威 Northern Lights 于 2025 年投运,开创世界首个跨境第三方 CO₂ 运输与封存商业模式;美国凭借 45Q 税收抵免(地质封存达 85 美元/吨)、欧盟依托净零工业法案(NZIA,2030 年 50 Mtpa 注入能力目标)形成强政策牵引。产业链上,斯伦贝谢(SLB)、哈里伯顿(Halliburton)、贝克休斯(Baker Hughes)、DNV、Equinor、Shell 等国际巨头与中石油、中石化、中海油、国家能源集团等中国央企同台竞逐。

风险提示:井筒泄漏(水泥失效、套管腐蚀)是最常见的技术风险;大规模注入诱发地震、长期盖层完整性、监测成本高企构成主要技术挑战;社会接受度管理(以荷兰 Barendrecht 项目失败为典型教训)是不可忽视的"软约束"。此外,全球理论封存容量(万亿吨级)与技术经济可行封存速率(至 2050 年约 5–6 GtCO₂/年)之间存在巨大鸿沟,投资决策须警惕对理论容量的过度乐观。

行动建议要点:场地评价应优先选择厚度大、渗透率高、构造简单、盖层完整的盆地,并以 ISO 27914 + DNV 认证流程为框架;注入工程须全程采用抗腐蚀合金(CRA)套管与抗 CO₂ 水泥、配置"红绿灯"微震管理系统;监测应建立风险导向、场址特定的自适应 MRV 体系并引入机器学习降本;商业化须依托枢纽集群模式摊薄成本、对接碳市场激励、并从选址第一天起开展社区参与以建立社会许可。本报告完整的分析论证、数据支撑与最终结论详见正文及第七章。

图0-1 CO₂ 咸水层封存全流程技术体系总览图

*图0-1 CO₂ 咸水层封存全流程技术体系总览图*

01 · 调研背景与目标

1.1 调研缘起与问题意识

全球应对气候变化的紧迫性,使碳捕集、利用与封存(CCUS)从"可选项"转变为"必选项"。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告及国际能源署(IEA)的多项情景研究均表明:在钢铁、水泥、化工、长流程冶金等难以通过电气化或可再生能源替代实现深度脱碳的"难减排"行业,CCUS 是为数不多可大规模部署的技术路径;而在所有 CO₂ 地质封存选项中,深部咸水层因其分布广泛、容量巨大,被普遍视为支撑 CCUS 走向"吉吨级"(gigatonne-scale)规模的关键载体。

然而,咸水层封存与油气藏封存存在本质差异:油气藏在地质历史上已被证实能够封闭流体数百万年、且拥有丰富的先验地质与生产数据;而咸水层通常缺乏此类先验数据,其封存安全性高度依赖前期场地评价的科学性、注入工程的可靠性、以及全生命周期监测的有效性。这一特征决定了"场地评价、注入、监测"三位一体的技术体系,是咸水层封存能否安全、经济、规模化落地的决定性因素,也正是本报告的核心研究对象。

对经纬智汇的客户而言,无论是计划布局 CCUS 业务的能源央企、寻求技术选型的工程服务商,还是评估投资标的的金融机构,都迫切需要一份能够厘清技术现状、识别竞争格局、揭示风险机遇并支撑决策的系统性研究。本报告即为回应这一需求而作。

1.2 核心调研问题

本报告聚焦回答以下核心问题:

第一,咸水层封存的技术原理是什么?四种封存机制如何协同保障长期封存安全?全球技术发展经历了怎样的演进脉络?

第二,场地评价、注入工程、监测核查三大技术体系各自的关键技术、核心参数、标准规范与瓶颈何在?国际先进水平与中国本土实践的差距具体表现在哪些环节?

第三,全球及中国的市场规模、政策支持、产业链格局与主要参与者竞争态势如何?吨 CO₂ 封存的成本结构与经济性如何?有哪些可行的商业模式?

第四,前沿技术(矿化加速、微泡注入、数字孪生、AI 监测等)的进展如何?未来 10–15 年技术演进路径与关键瓶颈突破方向是什么?核心专利格局与机会白区在哪里?

第五,该领域面临哪些技术风险、监管风险与社会接受度风险?应如何应对?对立项、选型、投资决策有何具体建议?

1.3 调研范围界定

地域范围:全球视野。重点覆盖挪威、美国、加拿大、澳大利亚、阿尔及利亚、冰岛、英国、欧盟、阿联酋等已有规模化项目或政策的国家与地区,并对中国进行专项深度分析。

技术范围:聚焦深部咸水层(深度通常>800m 以保证 CO₂ 处于超临界态)的地质封存,涵盖场地筛选与评价、注入工程设计与实施、全生命周期监测核查(MRV)三大技术体系,并对储存机制、矿化封存、压力管理等关键科学问题展开剖析。对捕集、运输环节仅在涉及成本结构与全链条分析时适度展开。

时间范围:全时间轴。回溯自 1996 年 Sleipner 项目以来的技术演进历史,刻画当前(截至 2026 年上半年)的技术与市场现状,并对 2030–2040 年的发展趋势进行预判。

内容偏向:技术导向、市场导向、商业导向、政策导向四维结合,兼顾管理决策者、投资方/甲方客户、技术人员三类读者的差异化阅读需求。

1.4 调研方法说明

本报告采用多源信息交叉验证的研究方法,整合以下信息渠道:国际权威机构报告(IEA、IEAGHG、Global CCS Institute、美国能源部 NETL/EDX 数据库等)、国际同行评议期刊文献(《International Journal of Greenhouse Gas Control》《Nature Communications》《Energy & Fuels》《ACS Omega》等)、标准规范文件(ISO 27914、DNV-SE-0473、AMPP 材料选择指南等)、各国政策法规文本(美国 45Q、欧盟 CCS 指令与 NZIA、中国"1+N"政策体系等)、企业技术白皮书与项目公开资料(Equinor、Shell、Halliburton、SLB、Silixa 等),以及中国本土学术论文、行业报告与企业公告。

报告遵循"定性与定量结合"原则,以数据支撑观点、以案例佐证结论,所有关键数据均在研究过程中标注来源机构与年份(正文按交付规范不展示文献来源,完整参考文献可另行汇总)。报告结构采用"结论后置"逻辑——先充分铺陈技术、市场、案例与风险分析,最终在第七章形成系统性结论与行动建议,以契合严谨调研与对外交付的需要。

图1-1 本报告分析框架与章节逻辑图

*图1-1 本报告分析框架与章节逻辑图*

02 · 技术现状全景

2.1 技术定义与核心原理

#### 2.1.1 什么是 CO₂ 咸水层封存

CO₂ 咸水层封存,是指将经捕集、提纯、加压后的 CO₂ 注入地下深部(通常深度大于 800 米)的咸水含水层(saline aquifer),利用上覆低渗透盖层(caprock)的封闭作用及多重物理化学机制,将 CO₂ 长期、安全地隔离于地下,使其不再进入大气的工程技术。

之所以选择 800 米作为深度门槛,是因为在该深度之下,地层温度与压力条件(一般温度高于 31.1℃、压力高于 7.38 MPa)使 CO₂ 进入超临界状态(supercritical CO₂,scCO₂)。处于超临界态的 CO₂ 兼具气体的低黏度(易于注入与运移)和接近液体的高密度(约 600–800 kg/m³),从而能够以较小的体积占据更多的孔隙空间,大幅提升单位储层体积的封存效率。这正是深度门槛设置的物理逻辑——浅于 800 米,CO₂ 呈气态,密度低、体积大、封存效率差且浮力上升风险高;深于 800 米,超临界态使封存在技术与经济上同时变得可行。

咸水层中的"咸水"(brine)指含盐量高、不可饮用、无开采价值的地层水。正因其无饮用与农业利用价值,将 CO₂ 注入其中不会与人类的水资源利用产生直接竞争,这也是咸水层成为优选封存载体的重要原因之一。但需注意,咸水的盐度(salinity)会显著影响 CO₂ 的封存行为——盐度通过改变岩石润湿性、界面张力、咸水密度与黏度,进而影响残余封存与溶解封存的效率,是场地评价中不可忽视的参数。

#### 2.1.2 四种封存机制及其时间演化

CO₂ 注入咸水层后,并非以单一方式被"困住",而是通过四种机制的协同作用,在不同时间尺度上逐步实现从"易迁移"到"难迁移"、从"游离态"到"固定态"的转化。封存的安全性随时间推移而增强,因为 CO₂ 逐步从游离相转变为溶解相、最终转变为矿物相。

机制一:结构/构造圈闭(Structural/Stratigraphic Trapping)。这是注入初期的主导机制。注入的超临界 CO₂ 因密度低于周围咸水,受浮力作用向上运移,被上覆低渗透盖层(如厚层页岩、泥岩或盐岩)物理封堵于储层顶部的构造高点(背斜、断层封闭体等)或地层圈闭中。该机制注入即刻生效,封存量大,但同时也是泄漏风险相对较高的机制——一旦盖层存在未识别的断层或废弃井穿透,游离态 CO₂ 即可能沿通道逃逸。

机制二:残余气封存(Residual/Capillary Trapping)。当注入停止、CO₂ 羽流(plume)继续运移时,咸水从后方回灌(imbibition),在毛细力作用下将部分 CO₂ 以不连续的微小气泡形式滞留于岩石孔隙中,使其无法继续流动。该机制主要在羽流的尾缘发生,是"注入后"阶段的重要封存方式。储层的非均质性(heterogeneity)会增强残余封存——非均质结构打散了 CO₂ 的连续流动路径,使更多 CO₂ 被毛细力捕获。

机制三:溶解封存(Solubility/Dissolution Trapping)。CO₂ 逐渐溶解于咸水,形成弱酸性的碳酸溶液。溶解了 CO₂ 的咸水密度略有增大,这种"上轻下重"的不稳定密度分层会引发密度驱动对流(density-driven convection)——富含 CO₂ 的重质咸水下沉,未饱和的轻质咸水上升,加速 CO₂ 的溶解与混合。该过程持续时间长达数十至数百年,是中长期封存安全的重要保障。一旦 CO₂ 溶于咸水,便不再具有浮力上升的趋势,泄漏风险大幅降低。Sleipner 项目的研究表明,Utsira 储层内部的薄层泥岩/页岩屏障,能够促使 CO₂ 在更大的岩石体积内分布,从而显著增强溶解封存效率——这一发现对场地评价中如何看待储层内部夹层具有重要启示意义。

机制四:矿化封存(Mineral Trapping)。溶解形成的碳酸与储层中的矿物(如含钙、镁、铁的硅酸盐)发生地球化学反应,生成稳定的碳酸盐矿物(如方解石、菱镁矿、菱铁矿),将 CO₂ 以固体形态永久固定。这是最安全、最永久的封存形式,但在常规砂岩储层(以石英为主、反应性矿物少)中,矿化贡献小、时间尺度长达数百至数千年。然而在富含反应性矿物的玄武岩储层中,矿化速率可被极大加速——这正是冰岛 CarbFix 项目的技术基础(详见第六章)。

图2-1 四种封存机制随时间演化的贡献占比图("封存安全性增强曲线")

*图2-1 四种封存机制随时间演化的贡献占比图("封存安全性增强曲线")*

#### 2.1.3 注入与运移的关键物理过程

CO₂ 注入咸水层是一个复杂的多相、多组分、流体—岩石—地质力学耦合过程。注入井附近,高压注入的 scCO₂ 驱替咸水形成两相流动区;随着远离注入井,CO₂ 饱和度降低,逐步进入残余封存与溶解封存主导区。CO₂ 羽流的形态受储层非均质性与岩石润湿性显著影响:在 CO₂ 润湿型储层中,羽流呈"烛状"(更倾向于垂直向上运移);在水润湿型储层中,羽流呈"水滴/椭圆状"(横向铺展更充分)。准确预测羽流形态,是场地评价与监测设计的核心任务之一。

此外,注入过程还可能引发两类需高度关注的次生现象:一是盐析(halite/salt precipitation)——在干燥 scCO₂ 注入的近井地带,地层水被蒸发携走,溶解的盐分析出结晶,堵塞孔隙、损害注入能力(injectivity)。加拿大 Quest 项目即曾遭遇盐析损害并实施修复,盐析也被视为中国某些高盐度咸水层封存的潜在挑战。二是注入诱发地震(injection-induced seismicity)——注入引起的地层孔隙压力上升,可能降低断层面的有效正应力,使原本稳定的断层活化、释放能量,产生微震甚至有感地震。

2.2 发展脉络与成熟度评估

CO₂ 咸水层封存技术的发展,是一部从单点示范走向规模化、从经验探索走向标准体系的演进史。以下按时间顺序梳理关键里程碑。

1996 年——Sleipner(挪威):商业化咸水层封存的开端。 1996 年 9 月,挪威国家石油公司 Statoil(现 Equinor)在北海 Sleipner 气田启动了世界上第一个商业化的 CO₂ 咸水层封存项目。其驱动力是挪威自 1991 年开征的 CO₂ 税——从天然气中分离出的 CO₂(约 9%)若直接排放需缴纳高额税费,封存则可规避。项目将分离出的 CO₂ 注入海床之下约 800–1000 米的 Utsira 砂层(一个区域延伸南北超过 400 公里、东西 50–100 公里的巨型咸水层),年注入量约 100 万吨,截至目前累计封存超过 2300 万吨。Sleipner 不仅证明了咸水层封存在工程与商业上的可行性,更通过 1994 年至 2016 年间多达 11 次的 4D 时移地震监测,为全球积累了最完整、最长周期的封存动态观测数据集。值得注意的是,1997 年 8 月项目曾因注入井顶部砂层下沉而实施再射孔并加装砾石充填层;2024 年 10 月,Equinor 在其可持续数据中披露,由于管道流量计故障,2017–2019 年期间的封存量曾被高报约 28%(实际约 1.6 百万吨,原报告约 2.1 百万吨)——这一事件提示了精确计量在 MRV 体系中的极端重要性。

2004 年——In Salah(阿尔及利亚):首个商业化陆上咸水层封存。 2004 年,BP、Sonatrach、Statoil 合作的 In Salah 项目启动,将天然气处理产生的 CO₂ 经 3 口长水平井注入约 1.9 公里深的石炭系砂岩咸水带,累计注入约 380 万吨,注入成本低至约 6 美元/吨,最大井口压力设定为 18 MPa(低于盖层破裂压力)。In Salah 的最大历史贡献在于首创了 InSAR 卫星地表形变监测技术——通过监测地表毫米级抬升,反演地下压力分布与岩石力学响应。然而,2011 年 6 月,因监测显示盖层下部疑似发生水力压裂、地层压力持续上升,项目暂停注入。尽管约 950 米厚的盖层最终未危及整体封存完整性,但该事件深刻揭示了一个教训:In Salah 将 CO₂ 注入一个天然气藏的孤立含水带,却未充分评价储层连通性,导致注采失衡、压力失控、活化了断裂网络。储层连通性评价与压力管理的极端重要性,由此成为全行业共识。

2008 年——Snøhvit(挪威):高纬度海上咸水层封存。 挪威 Snøhvit 项目将 LNG 处理分离的 CO₂ 注入约 2500 米深的咸水层,年注入约 70 万吨。2011 年 4 月,因 Tubåen 组储层压力上升过快,项目改注上覆的 Stø 组(早侏罗世砂岩)。Snøhvit 再次印证了注入层位储层连通性与注入能力评价的关键作用。

2011–2014 年——Illinois Decatur(美国):内陆深盆咸水层封存。 美国伊利诺伊盆地 Decatur 项目(IBDP)将来自 ADM 公司乙醇厂的 CO₂ 注入约 2.1 公里深的 Mt. Simon 砂岩(厚度约 460–550 米,直接覆于花岗岩基底之上),注入速率约 1000 吨/天,盖层为约 1.5 公里深、厚 100–150 米的 Eau Claire 页岩。该项目通过由 12–13 个台站组成的微地震监测网,记录到最大矩震级 MW 1.2 的微震,为内陆深盆咸水层封存的诱发地震管理提供了宝贵经验。

2015 年——Quest(加拿大):油砂减排驱动的咸水层封存。 壳牌运营的 Quest 项目于 2015 年 8 月投运,将油砂沥青升级(制氢)过程产生的 CO₂ 以年超 100 万吨的规模注入约 2 公里深的 Basal Cambrian 砂层。Quest 是首批依据政府碳信用协议(阿尔伯塔《深部咸水层 CO₂ 捕集与永久封存量化协议》)申报碳信用的咸水层封存项目,为"封存即碳资产"的商业逻辑提供了范本。

2019 年——Gorgon(澳大利亚):世界最大封存项目的规模化考验。 雪佛龙运营的 Gorgon 项目于 2019 年 8 月启动,设计年注入 3.3–4 百万吨(设计寿命累计 120 百万吨),是迄今设计规模最大的专属咸水层封存项目。然而,由于压力管理井产砂(井周地层堵塞、产砂)等工程问题,实际注入率长期受限于约 1.6 百万吨/年,远低于设计能力。Gorgon 的经验深刻表明:大规模注入的工程可靠性(尤其压力管理系统)是从设计走向达产的决定性环节,设计值与实际值之间可能存在巨大落差。

2024–2025 年——Northern Lights(挪威):跨境第三方封存的商业范式。 作为挪威 Longship 国家项目的封存环节,Northern Lights 于 2025 年 8 月首次注入 CO₂,成为世界首个第三方跨境 CO₂ 运输与封存的商业设施。它通过专用船舶接收来自欧洲多国排放源的液态 CO₂,注入海床下 2600 米的 Aurora 储层。一期 1.5 Mtpa 封存能力已被 Heidelberg Materials、Yara、Ørsted、Stockholm Exergi 等客户订满,二期计划于 2028 年扩至不低于 5 Mtpa。Northern Lights 开创的"运输+封存即服务"(Transport & Storage as a Service)模式,被广泛视为破解 CCUS 规模化与降本难题的关键商业创新。

图2-2 全球咸水层封存重大项目时间轴(1996–2026)

*图2-2 全球咸水层封存重大项目时间轴(1996–2026)*

成熟度评估:综合三十年的项目实践,咸水层封存的技术成熟度(TRL)可作如下判断——结构圈闭与注入工程的核心技术已达商业化成熟(TRL 8–9);4D 地震、InSAR、示踪剂等监测技术已成熟应用(TRL 8–9);DAS 光纤监测、咸水抽采压力管理等正快速走向成熟(TRL 6–8);矿化加速、微泡注入、AI 智能监测等前沿方向仍处研发至中试阶段(TRL 4–7)。整体而言,技术不再是规模化的主要障碍,成本、法规与社会接受度才是。

2.3 国内外整体发展现状

全球现状:据 Global CCS Institute《Global Status of CCS 2025》(2025 年 10 月发布),全球运行中的 CCS 设施已达 77 个、年捕集能力约 64 百万吨(同比增长 54%),另有 47 个项目在建(约 44 百万吨)。挪威、美国、加拿大、澳大利亚构成第一梯队,欧盟(依托 NZIA)、英国(依托 CCS 基础设施基金)、阿联酋(ADNOC 已获 DNV 认证西部咸水层封存场地)等正加速布局。咸水层封存在其中占据核心地位——它是少数能够承接非 EOR、纯减排型大规模封存需求的载体。

中国现状:中国虽起步稍晚,但追赶迅速。截至 2023 年底,以中石油为代表的企业累计注入 CO₂ 已超 700 万吨(约占全国近 70%)。在咸水层封存方向,神华鄂尔多斯项目(中国首个、曾为世界最大的全流程煤基咸水层封存示范)、中海油恩平 15-1(中国首个海上 CCUS/CCS)等已形成示范效应。但中国在以下方面仍存差距:尚无全流程 CCS 科学研究设施;现场规模封存安全性研究不足;CCUS 系统集成优化、管网枢纽仅达中试阶段(国外已商业化);燃烧后化学吸收捕集仍处工业示范阶段(国际已商业化);且缺乏统一系统的封存潜力评估方法学(目前主要采用基于层次分析法的模糊综合评价)。这些差距的弥合,既是中国 CCUS 产业的挑战,也是本土技术服务商的机遇所在。

表 2-1 深部咸水层封存与其他地质封存方式特征对比

下表对比咸水层封存与其他主要地质封存方式的特征,供选型决策参考:

对比维度深部咸水层封存枯竭油气藏封存煤层封存CO₂-EOR(驱油兼封存)
理论容量最大(万亿吨级)中等(受原储量约束)有限(吸附容量约束)中等(受油藏规模约束)
分布广度最广(各大沉积盆地)较广(油气盆地)较窄(含煤盆地)较窄(在产/枯竭油田)
先验数据缺乏,需大量勘察丰富(生产历史数据)较少丰富
封存机理验证需逐场验证已被地质历史证实以吸附为主部分证实
现成基础设施通常无有(可复用井与管网)通常无
资本成本较高(需新建井网)较低(可复用设施)中等较低
经济收益无直接收益(靠政策/碳价)无直接收益或伴生煤层气有(增产原油)
主要风险储层连通性、压力管理废弃井泄漏容量有限气窜、原油携带
规模化潜力最高中等中等

2.4 封存机制的量化认知与关键影响因素

理解四种封存机制的定性原理之后,决策者还需把握其量化特征与影响因素,方能对场地优劣、封存安全性作出科学判断。

封存机制的时间—贡献量化。 在典型砂岩咸水层中,注入初期(0–数年)结构圈闭贡献占主导(约 80%–90%),此时游离态 CO₂ 占比最高、泄漏风险也相对最大;注入停止后(数年至数十年),残余封存随咸水回灌逐步上升至 20%–30% 的贡献;溶解封存在数十至数百年尺度持续增长,在理想条件下可贡献 30%–60%;而砂岩储层的矿化封存长期占比通常不足 10%,需数百至数千年才显著。这一时间序列决定了监测策略的阶段性——注入期与注入后早期需高强度监测游离态羽流,中长期则可逐步降低监测频次。正因封存安全性随时间单调增强,封场后的责任期设计(通常要求运营方监测至羽流稳定、压力回落后方可移交)才具备科学基础。

关键影响因素一:储层非均质性的双刃剑效应。 非均质性一方面通过打散 CO₂ 的连续流动路径而增强残余封存与溶解封存(如 Sleipner 储层内的薄泥岩夹层促进了 CO₂ 在更大体积中分布),另一方面又可能形成高渗优势通道导致气窜、波及不均。因此非均质性既非绝对有利也非绝对不利,场地评价的任务是精细刻画非均质结构、预测其对羽流的具体影响,而非简单地将其归类为"好"或"坏"。

关键影响因素二:盐度的多重作用。 咸水盐度通过改变界面张力、岩石润湿性、咸水密度与黏度,影响残余与溶解封存效率:高盐度通常降低 CO₂ 在咸水中的溶解度(盐析效应中的"盐析出"现象),削弱溶解封存;同时高盐度近井地带的盐析风险增大,可能损害注入能力。这要求在高盐盆地(如中国部分内陆盆地)的评价中专门量化盐度影响并制定盐析防控预案。

关键影响因素三:岩石润湿性与羽流形态。 储层岩石的润湿性决定 CO₂ 羽流的几何形态——CO₂ 润湿型储层中羽流倾向于垂直上升(呈烛状),更易抵达盖层、对盖层完整性要求更高;水润湿型储层中羽流横向铺展更充分(呈水滴/椭圆状),波及范围更大、残余封存更有利。润湿性的实验室测定,是预测羽流行为、设计井位与监测网的重要输入。

关键影响因素四:埋深与温压条件。 埋深不仅决定 CO₂ 是否处于超临界态,还影响其密度(进而影响浮力上升速度与封存效率)。一般而言,适度增加埋深可提高 CO₂ 密度、降低浮力风险、提升单位孔隙封存量,但过深则增加钻井成本、温度过高可能影响材料选型。最佳埋深需在封存效率、安全性与成本之间权衡,多数项目落在 1000–3000 米区间。

图2-3 盐度、埋深、非均质性对封存效率影响的敏感性分析图

*图2-3 盐度、埋深、非均质性对封存效率影响的敏感性分析图*

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报告编号 OGG-S-006

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