[发明专利]一种二氧化碳地质封存盖层泄露监测装置及方法

说明书

本发明具体地说涉及一种二氧化碳地质封存盖层泄露监测装置及方法。一种二氧化碳地质封存盖层泄露监测装置及方法，包括监测井，监测井井口设有气体采集口，监测井位于盖层主要应力集中区域和盖层、储层裂缝发育区域、地质构造的高点位置、注气井所在井场；二氧化碳气体捕集装置，与气体采集口连接，对气体采集口采集到的二氧化碳气体进行捕集的二氧化碳气体捕集装置；用于对未注气与注气后的气体采集口捕集到的二氧化碳中的碳同位素¹³C、¹²C含量进行分析的同位素质谱分析仪。本发明能够准确及时有效的发现二氧化碳突破盖层向上泄漏的迹象，对储层二氧化碳可能的泄露途径进行监测，做到二氧化碳尚未泄露至浅地表时发出安全预警。

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳泄露监测方法，具体地说涉及一种二氧化碳地质封存盖层泄露监测装置及方法。

背景技术

全球气候变化背景下，二氧化碳地质封存、海洋封存是目前最具潜力的减排措施。加拿大的韦本(Weyburn)、挪威北海斯莱普内尔(Sleipner)油田、阿尔及利亚的萨拉赫(InSalah)运营着世界三大主要二氧化碳封存项目。国内的中国石油、中国石化、神华集团、华能集团、延长石油集团也分别开展了较大规模的CCS示范项目。

二氧化碳被地质封存后可能突破盖层毛细管力向浅地表泄漏，也可能通过断层和断裂带向储层上方运移至浅地表。另外，注入井井壁、监测井井壁也可能成为向周边扩散的途径。

地质封存的二氧化碳逃逸至浅地表时，可导致土壤的酸化和土壤中氧的置换，进而影响植被生态系统。高流量的二氧化碳会引起土壤气体中二氧化碳浓度增高，会导致植物呼吸作用受限，甚至死亡。此外，低pH值和高二氧化碳浓度环境可促使部分生物大量繁殖，导致另外一部分生物由于自然竞争的优胜劣汰而逐渐萎缩甚至消失。一般土壤气里二氧化碳的正常含量应该维持在0.2％～4％之间，当含量增加到5％时将对植物的生长产生不利的影响。随二氧化碳逃逸一起移动的污染物对地下水质量也会造成影响。

地质封存的二氧化碳，可能会发生水平与垂直方向的运移。从封存的安全性考虑，二氧化碳水平方向的扩散引起气体前缘突进，而垂直方向上的运移具有较大安全隐患。二氧化碳往上运移的距离越大，二氧化碳封存的安全性越低，运移突破盖层时发生泄露的几率大大增强。综上所述，准确有效的发现二氧化碳突破盖层向上泄漏的迹象，对储层二氧化碳可能的泄露途径进行监测，做到二氧化碳尚未泄露至浅地表时发出安全预警至关重要。

传统意义上的监测往往基于浅地表土壤及大气环境下二氧化碳浓度与背景值的差异比较，但是在实际测量空间中二氧化碳存在被稀释的可能性，而且测量准确性取决于测量仪器的精度和误差，对泄漏监测比较滞后。土壤中植物呼吸、微生物作用也可释放的二氧化碳，空气中本身含有二氧化碳对测量的干扰，使得这些方法不能区分自然环境中的二氧化碳以及封存泄露的二氧化碳，仅依据浓度变化很难对泄露进行判定。

近年来兴起的地表形变与环境变化遥感监测技术，利用星载热红外传感器以及低空无人机热成像仪通过监测储层和盖层地质力学影响，监测地表植被、地物、地形的变化，识别潜在的管道和地下的泄露，实现了二氧化碳地质封存环境变化遥感监测。中国发射的二氧化碳监测科学实验卫星(碳卫星)搭载高光谱二氧化碳探测仪通过测量二氧化碳光谱吸收线反演出大气二氧化碳浓度，精度达到4ppm，初步形成针对全球、中国及其他重点地区的大气二氧化碳浓度监测能力。但这些投资巨大的技术适合大面积大范围立体式长期监测及战略研究，有必要针对较小范围、较小规模封存量的区域，研究经济性、时效性均可行的二氧化碳地质封存泄露监测方法。

其中，TEA为三乙醇胺，MEA为一乙醇胺，BTB为溴麝香草酚蓝，别称溴百里酚蓝、溴百里香酚蓝。

发明内容

本发明旨在针对上述问题，提出一种科学合理部署监测井、化学法高效捕集二氧化碳气体样品、同位素质谱仪精确分析δ¹³C，准确判断二氧化碳是否来源于注入的二氧化碳，监测盖层是否有泄漏迹象，从而对尚未运移到浅地表的泄露发出安全预警。