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摘 要： 在国内外相关文献调研的基础上对CO2盐水层埋存量评价技术进行了系统阐述。总结了CO2盐水层埋存量评估分类，分析了CO2盐水层埋存机理，埋存机理主要包括构造圈闭埋存、残余气埋存、溶解埋存、矿物埋存和水动力埋存。对三个广泛应用的埋存量分类评价体系固碳领导论坛(CSLF)体系、国际能源署（IEA-GHG）体系和美国能源部（DOE）体系进行了讨论，并对比了各种CO2盐水层埋存量计算方法，对我国温室气体地下埋存研究具有一定的指导意义。
关键词：CO2 盐水层 埋存量评价 埋存机理 计算方法
伴随着全球气候的不断变暖，温室气体减排，尤其是二氧化碳的排放和处置受到越来越广泛的关注[1]。CCGS二氧化碳捕获与地质埋存技术是减少二氧化碳向大气排放的有效途径之一，这种新技术有望在本世纪得到广泛应用。二氧化碳地质埋存体主要分为三类：盐水层、枯竭的油气藏、难以开采的煤层。盐水层因其分布面积广、厚度大、储存容量巨大等优势而受到广泛关注。
目前很多的评估研究结果变化幅度大，对于不同评估方法的使用存在着很大的分歧，有些评估方法所得结果的准确度和精度难以保证。而且，对盐水层埋存相关机理的认识还不够深入，各种埋存机理的有效作用时间尺度差别很大，影响埋存潜力的各因素之间的相互作用情况还需深入研究，以上这些情况使得盐水层埋存评估成为了一个较为复杂的问题。
本文在充分调研国内外文献的基础上，系统阐述了CO2盐水层埋存机理，总结了盐水层埋存量分类评价体系和埋存量计算方法。
一、CO2盐水层埋存量评估分类
根据评估区域的大小，可以将埋存量评估分为五种类型：国家评估、盆地评估、区域评估、局部评估和就地评估。按照埋存体周围边界情况，可将埋存体分为两大类：封闭系统和开放系统。在封闭系统内，埋存单元被周围的低渗透层或者封闭断层所包围，储层盐水无法流动；在开放系统内，盐水层中的流体可以进行大范围的运移，不会造成地层压力的升高，这种系统在盐水层埋存体中大量存在。
二、CO2盐水层埋存机理
沉积盆地底下深部往往分布着数目不等、规模不同的构造圈闭。当自由CO2相（超临界状态）被注入时，由于注入气体和储层盐水密度差异及储层非均质性的影响，CO2在浮力作用下向上运动，当到达致密隔层受到阻挡时，CO2就会停止垂直或者水平运移，在不同规模的圈闭中聚集，形成CO2自由相埋存。在CO2的运移中，CO2溶解在水中，与水中的Ca2+、Mg2+等离子发生反应。由于CO2与岩石颗粒之间的表面张力作用，一部分CO2会被暂时圈闭起来，当盐水吮吸重新进入被CO2占据的孔隙内时，这部分被暂时圈闭的CO2就会被封存起来。在漫长的地质时期内，CO2与储层岩石和盐水发生缓慢反应沉淀生成碳酸盐岩。因此，水力学圈闭并不是单一的物理或化学圈闭，而是上述几个机理的综合过程。
三、CO2埋存量分类评价体系
伴随着CCS技术的不断发展，人们应用类似于资源-能源评价方法，总结了多个CO2埋存量分类评价体系，其中较有影响力的三个体系是CSLF体系（图1）、IEA-GHG体系（图2）以及DOE体系。
1.CSLF分类评价体系
在CSLF埋存量分级图中，理论埋存量是假设整个储层盐水都能够接触溶解CO2，达到最大饱和度时的埋存量，它是埋存量估计的最大上限很难实现。有效埋存量考虑到技术（地质和工程）方面的限制，包括储层的孔隙度和渗透率、压力和温度条件、储层圈闭孔隙体积大小等因素。有效埋存量对于埋存量的估计更加实际，也更加精确，代表了CO2埋存在技术层面上的可行性。
2.IEA-GHG分类评价体系
在IEA-GHG埋存量分级图中，理论埋存资源与CSLF体系中的理论埋存量是相似的。在考虑到孔隙体积特征的情况下，将理论埋存资源分为非特征埋存资源和特征埋存资源，非特征性埋存资源是指那些已知的储层中假设有一定的注入能力下不可预知的孔隙体积。这一分類比CSLF体系更进一步，它可以用来解释那些特征性和非特征性储层中的资源。
同样的，与CSLF体系相似，在考虑到技术因素的限制后将特征埋存资源分为了有效埋存资源和不可用埋存资源，不可用埋存资源是由于技术的限制而不能将CO2注入到储层特征性较好的储层。考虑到经济因素，将有效埋存资源进一步分为实际埋存容量和条件性埋存资源。实际埋存容量进一步分为证实的、很可能的、可能的埋存容量。
3.DOE分类评价体系
DOE从两个层面评价埋存量，分为CO2埋存资源和CO2埋存容量。CO2埋存资源是指钻完井后注入的CO2所有可能接触的孔隙体积，其对应着CSLF和IEA-GHG体系中的有效埋存量。而CO2埋存容量对应着CSLF和IEA-GHG体系中的实际埋存量。
四、CO2盐水层埋存量计算方法
在开放系统内，有影响力运用较为广泛的三种方法为：ECOFYS&TNO方法、CSLF方法[5]和DOE方法。对比分析三种方法，ECOFYS&TNO方法只能对CO2埋存量进行粗略的估计，而且在实际中还要考虑到技术和经济因素的制约。CSLF和DOE对CO2埋存量计算方法进行了改进完善， DOE方法只考虑CO2自由相，将束缚水饱和度对CO2埋存量的影响考虑在了埋存效率里；CSLF给出了埋存质量的范围，而DOE方法借助平均CO2密度可直接计算埋存质量数值。另外，考虑到局部评估和就地评估要进行特定地质构造状况下的数值模拟研究，需要更为详细的矿场资料，上述三种方法仅仅只能用于区域性盆地级别盐水层CO2埋存量的评估。
另外，CSLF和DOE还对封闭系统中CO2埋存量的计算方法作了讨论。在封闭的地质系统埋存CO2，有效埋存量取决于盐水层中孔隙和流体的压缩性以及储层的破裂压力。
五、结论与建议
盐水层埋存量评估分为国家、盆地、区域、局部和就地评估五个级别, 主要有封闭和开放两种系统。其埋存机理包括构造圈闭、残余气圈闭、溶解圈闭、矿物圈闭以及水动力圈闭。CO2盐水层埋存量分类包括理论、有效埋、实际和匹配埋存量。其中，IEA-GHG分类评价体系考虑因素全面详细，CSLF金字塔评价体系明确实用，DOE仅仅从技术和经济的角度作了简单的分类评价，评价体系相对简单。开放系统埋存量计算方法中，CSLF和DOE方法有所差别，相关参数的确定和使用方式不同，但两者考虑的相关因素基本相同。对于区域性盆地级别的评估要充分考虑到地质数据资料的不确定性进行蒙特卡罗模拟。
关键词：CO2 盐水层 埋存量评价 埋存机理 计算方法
伴随着全球气候的不断变暖，温室气体减排，尤其是二氧化碳的排放和处置受到越来越广泛的关注[1]。CCGS二氧化碳捕获与地质埋存技术是减少二氧化碳向大气排放的有效途径之一，这种新技术有望在本世纪得到广泛应用。二氧化碳地质埋存体主要分为三类：盐水层、枯竭的油气藏、难以开采的煤层。盐水层因其分布面积广、厚度大、储存容量巨大等优势而受到广泛关注。
目前很多的评估研究结果变化幅度大，对于不同评估方法的使用存在着很大的分歧，有些评估方法所得结果的准确度和精度难以保证。而且，对盐水层埋存相关机理的认识还不够深入，各种埋存机理的有效作用时间尺度差别很大，影响埋存潜力的各因素之间的相互作用情况还需深入研究，以上这些情况使得盐水层埋存评估成为了一个较为复杂的问题。
本文在充分调研国内外文献的基础上，系统阐述了CO2盐水层埋存机理，总结了盐水层埋存量分类评价体系和埋存量计算方法。
一、CO2盐水层埋存量评估分类
根据评估区域的大小，可以将埋存量评估分为五种类型：国家评估、盆地评估、区域评估、局部评估和就地评估。按照埋存体周围边界情况，可将埋存体分为两大类：封闭系统和开放系统。在封闭系统内，埋存单元被周围的低渗透层或者封闭断层所包围，储层盐水无法流动；在开放系统内，盐水层中的流体可以进行大范围的运移，不会造成地层压力的升高，这种系统在盐水层埋存体中大量存在。
二、CO2盐水层埋存机理
沉积盆地底下深部往往分布着数目不等、规模不同的构造圈闭。当自由CO2相（超临界状态）被注入时，由于注入气体和储层盐水密度差异及储层非均质性的影响，CO2在浮力作用下向上运动，当到达致密隔层受到阻挡时，CO2就会停止垂直或者水平运移，在不同规模的圈闭中聚集，形成CO2自由相埋存。在CO2的运移中，CO2溶解在水中，与水中的Ca2+、Mg2+等离子发生反应。由于CO2与岩石颗粒之间的表面张力作用，一部分CO2会被暂时圈闭起来，当盐水吮吸重新进入被CO2占据的孔隙内时，这部分被暂时圈闭的CO2就会被封存起来。在漫长的地质时期内，CO2与储层岩石和盐水发生缓慢反应沉淀生成碳酸盐岩。因此，水力学圈闭并不是单一的物理或化学圈闭，而是上述几个机理的综合过程。
三、CO2埋存量分类评价体系
伴随着CCS技术的不断发展，人们应用类似于资源-能源评价方法，总结了多个CO2埋存量分类评价体系，其中较有影响力的三个体系是CSLF体系（图1）、IEA-GHG体系（图2）以及DOE体系。
1.CSLF分类评价体系
在CSLF埋存量分级图中，理论埋存量是假设整个储层盐水都能够接触溶解CO2，达到最大饱和度时的埋存量，它是埋存量估计的最大上限很难实现。有效埋存量考虑到技术（地质和工程）方面的限制，包括储层的孔隙度和渗透率、压力和温度条件、储层圈闭孔隙体积大小等因素。有效埋存量对于埋存量的估计更加实际，也更加精确，代表了CO2埋存在技术层面上的可行性。
2.IEA-GHG分类评价体系
在IEA-GHG埋存量分级图中，理论埋存资源与CSLF体系中的理论埋存量是相似的。在考虑到孔隙体积特征的情况下，将理论埋存资源分为非特征埋存资源和特征埋存资源，非特征性埋存资源是指那些已知的储层中假设有一定的注入能力下不可预知的孔隙体积。这一分類比CSLF体系更进一步，它可以用来解释那些特征性和非特征性储层中的资源。
同样的，与CSLF体系相似，在考虑到技术因素的限制后将特征埋存资源分为了有效埋存资源和不可用埋存资源，不可用埋存资源是由于技术的限制而不能将CO2注入到储层特征性较好的储层。考虑到经济因素，将有效埋存资源进一步分为实际埋存容量和条件性埋存资源。实际埋存容量进一步分为证实的、很可能的、可能的埋存容量。
3.DOE分类评价体系
DOE从两个层面评价埋存量，分为CO2埋存资源和CO2埋存容量。CO2埋存资源是指钻完井后注入的CO2所有可能接触的孔隙体积，其对应着CSLF和IEA-GHG体系中的有效埋存量。而CO2埋存容量对应着CSLF和IEA-GHG体系中的实际埋存量。
四、CO2盐水层埋存量计算方法
在开放系统内，有影响力运用较为广泛的三种方法为：ECOFYS&TNO方法、CSLF方法[5]和DOE方法。对比分析三种方法，ECOFYS&TNO方法只能对CO2埋存量进行粗略的估计，而且在实际中还要考虑到技术和经济因素的制约。CSLF和DOE对CO2埋存量计算方法进行了改进完善， DOE方法只考虑CO2自由相，将束缚水饱和度对CO2埋存量的影响考虑在了埋存效率里；CSLF给出了埋存质量的范围，而DOE方法借助平均CO2密度可直接计算埋存质量数值。另外，考虑到局部评估和就地评估要进行特定地质构造状况下的数值模拟研究，需要更为详细的矿场资料，上述三种方法仅仅只能用于区域性盆地级别盐水层CO2埋存量的评估。
另外，CSLF和DOE还对封闭系统中CO2埋存量的计算方法作了讨论。在封闭的地质系统埋存CO2，有效埋存量取决于盐水层中孔隙和流体的压缩性以及储层的破裂压力。
五、结论与建议
盐水层埋存量评估分为国家、盆地、区域、局部和就地评估五个级别, 主要有封闭和开放两种系统。其埋存机理包括构造圈闭、残余气圈闭、溶解圈闭、矿物圈闭以及水动力圈闭。CO2盐水层埋存量分类包括理论、有效埋、实际和匹配埋存量。其中，IEA-GHG分类评价体系考虑因素全面详细，CSLF金字塔评价体系明确实用，DOE仅仅从技术和经济的角度作了简单的分类评价，评价体系相对简单。开放系统埋存量计算方法中，CSLF和DOE方法有所差别，相关参数的确定和使用方式不同，但两者考虑的相关因素基本相同。对于区域性盆地级别的评估要充分考虑到地质数据资料的不确定性进行蒙特卡罗模拟。