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CCUS(碳捕集、利用與封存)項目是通過捕集工業(yè)過程或能源生產中產生的二氧化碳(CO?),然后將其利用或封存,以應對氣候變化和實現(xiàn)碳中和目標的重要技術手段。在CCUS項目中,利用碳同位素(C13)檢測可以起到評估蓋層(caprock)的封閉有效性、識別和評估巖石層之間的氣串問題以及地表監(jiān)測等作用。
1、通過碳同位素評估蓋層的封閉有效性
初始碳同位素特征分析:在CCUS項目開始之前,會對封存層和蓋層的碳同位素特征進行詳細分析。這包括測定二氧化碳和蓋層巖石中碳同位素的組成,建立一個基準,用于后續(xù)的監(jiān)測和比較。
監(jiān)測蓋層完整性:在二氧化碳注入過程中和之后,通過定期取樣和分析地下水和蓋層巖石中的碳同位素組成,可以監(jiān)測二氧化碳是否泄漏。
冠德公司碳同位素檢測儀在某地A井監(jiān)測CCUS封存圖↓↓↓
CO?來源:
1、A組2500-2600m處表現(xiàn)出相對高滲層特征,CO?主體為CCUS注入氣,但是此處以下的地層注入CO?特征不明顯,說明CO?并非縱向擴散而來,應為斷層調整后順層運移而來。
其他層段所見CO?同位素值在-15‰左右,處在有機和無機成因的邊緣。
2、B組3600-3700m鉆遇烴類明顯非本地生烴,具有相對偏高的烴類演化程度,表明該段存在外來烴類的運移。
3、烴類運移顯著層下部CO?同位素偏重,表現(xiàn)出偏CCUS注入氣特征。
2、通過碳同位素識別和評估巖石層之間的氣串問題
不同的碳源(如煤、石油、天然氣等)具有獨特的碳同位素組成,這可以被視為它們的“指紋”。通過分析注入的二氧化碳和不同地層中氣體的碳同位素組成,可以判斷二氧化碳是否發(fā)生了遷移。
⑴ 在儲層中,甲烷可能會與巖石礦物發(fā)生相互作用,如水巖反應或吸附作用。這些過程可能導致碳同位素分餾,使得甲烷的碳同位素值變重。
⑵ 氣測值在后砂巖層段增大,但未在更淺的層段觀察到相同現(xiàn)象,這可能表明存在一個有效的蓋層,它阻止了氣體向上運移。如果封蓋層能夠阻止甲烷的運移,那么它也能有效地封存CO?。
C井甲烷碳同位素值在3000米附近迅速變重,氣測在后砂巖層段迅速增大,說明封蓋條件優(yōu)異,該層位也是封存二氧化碳的良好層位。
3、通過碳同位素進行地表監(jiān)測
在CCUS項目中,地表監(jiān)測是確保二氧化碳(CO?)封存安全的關鍵環(huán)節(jié)之一。地表土壤中的氣體可以提供關于地下CO?運動的信息。通過采集土壤氣體樣本并分析其碳同位素組成,可以檢測到是否有封存的CO?泄漏至地表。如果檢測到與注入的CO?具有相似碳同位素特征的氣體,這可能表明存在泄漏。
碳同位素檢測在CCUS項目中扮演著關鍵角色,不僅有助于優(yōu)化和改進技術,加強我們對CCUS項目全過程的監(jiān)控和了解,提高項目的可靠性和環(huán)境安全性,還能為科學研究、政策制定和項目的監(jiān)測與驗證提供重要支持。