采用堆叠地质实现更好的碳储存采用堆叠地质实现更好的碳储存

所有碳捕获和储存项目的总体目标都是相同的：将二氧化碳(CO 2)永久储存在地下，以防止其排放到大气中。

其中一种方法是将二氧化碳注入一个 盖有大盖子的储层空间——大盖子是一种不透水的盖层，可以将气体固定在原地，阻止任何向上流动的气体。这是石油勘探人员几十年来在寻找石油圈闭时所依赖的模型，它对石油和二氧化碳都适用。但根据德克萨斯大学奥斯汀分校经济地质局领导的研究，被数百个小盖子覆盖的地下储层——统称为“复合限制系统”——可能是长期封存碳的更好选择。

这对碳储存行业来说是个好消息。这种分布式系统在包括德克萨斯州墨西哥湾沿岸在内的一系列地质环境中很常见。

“在美国最大的排放集中区下方，我们拥有令人难以置信的水库，但区域性封盖却很少。相反，我们拥有的是大量不连续的垂直流动障碍，”德克萨斯大学杰克逊分校地球科学学院墨西哥湾沿岸碳中心的研究副教授亚历克斯·邦普 (Alex Bump) 说。“这项研究的动机非常本地化，但应用却是全球性的。”

许多从事碳储存工作的人都从事石油和天然气行业，包括 Bump。这两个行业在储层地质学和流体动力学方面拥有相似的知识基础。然而，据 Bump 称，这也导致了一些关于最佳碳储存方案的假设，即已被证实为石油圈闭的同类盖层封闭储层也应该是储存碳的首选地点。

Bump 认为，碳氢化合物的生产和碳储存之间存在着关键的差异，这值得我们重新思考这些传承下来的概念。

“在石油领域，生产的目标倾向于大容量、集中、移动的聚集，因此我们探索大型圈闭和具有不透水封层的高渗透性储层，”Bump说。

Bump 表示，同样的模型也适用于碳储存，但使其适用于石油生产的因素也使其在储存中存在风险。例如，如果密封出现泄漏(例如不当退役的油井)，那么大量浓缩的二氧化碳可能 会泄漏出来。相比之下，复合封闭系统的多重屏障不仅有助于防止逃逸，而且还有助于将二氧化碳羽流扩散到 储层中的可用孔隙空间。这样一来，它们就有效地固定了二氧化碳。即使可能有逃逸路径，也几乎没有或根本没有移动的二氧化碳来 为其提供补给。

Bump 比较了盖层岩和复合方法在用桶和一堆毛巾堵漏水方面的差异。两者都能起到作用。但毛巾不会有水溢出的风险。毛巾只是把水吸干而已。

在《国际温室气体控制杂志》上发表的一篇论文中 ， Bump 和墨西哥湾沿岸碳中心的同事 Hailun Ni 和 Sahar Bakhshian 通过提供来自实验模型、数值模拟和实际储层的数据，论证了复合限制系统用于二氧化碳储存的可行性。 他们的实验和数值模型表明，屏障的长度和频率是影响限制系统有效性的两个最重要因素。他们还发现，屏障不必特别坚固即可有效。即使地质层之间颗粒尺寸的微小减小也足以改变上升的二氧化碳羽流的路径—— 有助于将气体横向扩散到整个储层，而几乎不会向地表迁移。

巴普表示，下一步计划是宣传用于碳储存的复合封闭系统。他目前正在制定最佳实践指南，以寻找和批准此类二氧化碳储存库 。

“这实际上是在创建一本用户手册，”Bump 说。“我们正在研究如何采纳一个好主意并加以应用。墨西哥湾沿岸已经有商业项目在推进这一项目。我们希望使其成为全球碳储存工具包的标准组成部分。”

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