[发明专利]二氧化碳地质封存场地盖层完整性指标不确定性估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化碳地质封存场地盖层完整性指标不确定性估计方法，尤其涉及复杂地层存在断层的情况，属于环境治理技术和能源开采与地下储存技术领域。

背景技术

由人类活动引起的温室气体向大气排放量的增加，加强了温室效应，被认为是导致全球变暖的主要原因之一，己成为世界各国的共识。二氧化碳(CO₂)是主要的温室气体之一，减少CO₂向大气排放是接下来几十年内全人类需要迫切解决的问题。当前，碳捕集和封存(CO₂capture and storage，CCS)是最有前景的CO₂减排措施之一。

在大规模CO₂地质封存工程中，地质封存的CO₂泄漏会对人类的身体健康造成影响，危害人身安全，同时可能污染地下水，提高地下水碳酸浓度，以及重金属伴随的CO₂进入土壤后，影响土壤生物系统及植被根系，改变生态系统平衡。

深部咸水层CO₂地质封存，以其分布广和储量大等优点，被认为是最具发展前景的封存方式，且已有实际的工程运行而备受关注。但超临界的CO₂注入深部储层后形成应力集聚区，改变应力分布，当应力超过突破应力时可能导致断层活化，甚至产生新的断裂。CO₂通过可导性通道逃逸，易诱发泄漏，降低封闭安全系数。

在盖层完整性研究方面，目前主要集中在油气领域，通过储层孔隙流体超压应力环境下岩石力学参数和地质力学特征等方面探讨水压裂缝或断裂重新活动对盖层完整性的影响。本发明在CCS领域通过场地数值模拟及数理统计形成一种评估盖层完整性的方法，不仅保障长期安全封存，而且对指导封存场地选址和环境风险评价极具价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种盖层完整性的评价方法，针对盖层中有断层和无断层两种构造情况，研究CO₂注入对封存场地盖层完整性的影响。通过对盖层完整性影响指标的敏感度研究和参数最优化设计，获取影响盖层完整性的指标体系最佳设计并依此评估和预测二氧化碳地质封场地盖层完整性，最终指导封存场地选址和环境风险评价。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

步骤1、建立盖层完整性影响指标体系：根据盖层构造特点，分别对无断层和有断层盖层分别确定其完整性影响指标。

如上所述的步骤1包括以下步骤：

步骤1.1、对无断层盖层，其完整性影响指标包括:盖层埋藏深度、盖层渗透率、盖层孔隙度、地应力场、盖层杨氏模量、盖层泊松比、盖层内摩擦角、盖层密度和盖层剪胀角。

步骤1.2、对存在断层的盖层，其完整性影响指标包括:断层埋深、断层倾角、断层摩擦系数、断层内摩擦角、断层杨氏模量、断层泊松比、断层渗透率、断层孔隙度、断层密度、断层剪胀角、地应力场。另外，还需加入盖层渗透率、盖层孔隙度、盖层杨氏模量、盖层泊松比、盖层内摩擦角、盖层密度、盖层剪胀角和储层渗透率、储层孔隙度、储层杨氏模量、储层泊松比、储层内摩擦角、储层密度、储层剪胀角。

步骤2、在包含步骤1中盖层完整性影响指标的数值模型中，由差应力的大小，确定差应力所满足的破坏条件和破坏模式，并计算得在该破坏模式下的孔隙压力。

如上所述的步骤2包括以下步骤：

步骤2.1、以步骤1中盖层完整性影响指标，针对有断层和无断层不同地层条件，利用数值模拟软件(例如：FLAC,ABAQUS,COMSOL等)，考虑目标地层埋深和储层、盖层位置，在流体注入情况下考虑地层弹塑性，建立目标地层包含步骤1中盖层完整性影响指标实测数据的数值模型。

步骤2.2、在步骤2.1中建立的数值模型中，利用摩尔库伦破坏准则，以库伦破坏应力(简称库伦应力，CFS)的大小为检验盖层破坏程度的标准，即：

GFS＝τ+μ(σ-P_f)