[发明专利]实时检测二氧化碳地质封存状态的装置、系统和方法

说明书

本发明属于环境监测领域，具体涉及了一种实时检测CO₂地质封存状态的装置、系统和方法，旨在解决现有的CO₂地质封存状态检测技术探测成本较高，无法应对强非均质性地质体的电阻空间分布和变化的问题。本发明包括：选定发射电极和接收电极，从发射电极发出预设波形的探测电流，通过接收电极接收损耗的探测电流，获得电极间电位差，遍历所有可能的发射电极和接收电极组合，获得一个方位的电压数据集，进而计算出方位CO₂状态，将所有方位的方位CO₂状态组合获得CO₂状态整体分布，将所有测试井位的CO₂状态整体分布组合获得CO₂区域分布。本发明通过高分辨率地刻画地质体的电阻率差异，实现大范围实时检测CO₂地质封存状态。

技术领域

本发明属于环境监测领域，具体涉及了一种实时检测二氧化碳地质封存状态的装置、系统和方法。

背景技术

近年来，全球正在大量开展CO₂的捕集、利用和埋存的研究，将工业过程中捕获的大量CO₂注入地下深处的岩层中，从而将其从大气中永久去除，从而实现全球大气CO₂减排目标。将CO₂注入地下油藏，不仅可以提高采收率，而且可以实现永久储存CO₂的目的。虽然CO₂地质封存技术已趋成熟，但越来越多的证据表明CO₂地质封存的安全性是制约其大规模推广应用的技术瓶颈。如何有效预防、监测和控制CO₂泄漏，确保CO₂封存的安全性，已成为CO₂封存技术研究的一项重要内容，受到了越来越多的重视。

CO₂地质封存的安全性关注点之一是检测CO₂羽流运动和可能的泄漏。目前主流的CO₂监测技术包括延时地震(也称为4D地震)、重复电磁勘探(4D EM/CSEM)、微震和GPS监测。地震已被确定为一种高成本、高收益的方法，而4D EM则被认为是低成本、高收益的CO₂监测技术。事实上，直接观测封存CO₂的地质体能够获取更多、更可靠的数据，但钻探大量的检测井成本非常高，并且一直无法很好解决地质体的井间强非均质性问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有的二氧化碳地质封存状态检测技术探测成本较高，无法应对强非均质性地质体的电阻空间分布和变化的问题，且在垂直方向上探测精度较低，本发明提供了一种实时检测二氧化碳地质封存状态的装置，多方位井下电极设备、地面检测设备；

所述多方位井下电极设备，包括安装在非导电套管外部的电缆和预设方向数量的电极阵列；

其中，每个电极阵列包括预设数量的设置于同一方位的垂直插入非导电管的金属电极，金属电极与电缆相连；

所述地面监测设备，包括电流源、发射装置、井下电信系检测模块和电脑中控。

在一些优选的实施方式中，所述设置在同一方位的垂直插入非导电管的金属电极，包括：朝向同一方位的等间隔n个金属电极，n为偶数。

本发明的另一方面，提出了一种实时检测二氧化碳地质封存状态的系统，包括：探测设备安装模块、电压测量模块、电阻反演模块、CO₂状态评价模块、CO₂区域分布评价模块和持续实时测量模块；

所述探测设备安装模块，配置为在多个测试井位将多方位井下电极设备通过传统油田方式灌浆，使所有的电缆和电极阵列埋在套管外部的水泥中；

在每个多方向井下电极设备对应的地面位置布置地面检测设备，使地面检测设备与多方位井下电极设备连接；