“双碳”目标下深部地质封存技术:进展、挑战与展望Geological Deep Well Injection and Storage Technology under the “Dual Carbon” Goals: Advances, Challenges, and Prospects
杜松,谢志清,李祥,张树辉,蒋喆,任松宇,杨占,张啸,范莹琳,陶盛
摘要(Abstract):
随着深地科学研究的深入开展,地质封存技术已成为实现“双碳”目标的重要兜底技术之一。对深部地质封存技术的概念进行了类型划分,梳理了其发展历程和典型工程实践案例,探讨了研究的热点及前沿领域、面临的问题及挑战、未来的发展前景。研究显示,尽管深部地质封存技术已经取得了长效的进展,但在流体封存机理问题、深地监测精度与安全可靠性等关键技术难题、大规模注入环境风险等工程技术挑战、矿井水封存政策体系缺失等政策法规约束等方面仍面临着多重挑战,未来应从理论、技术、政策等多维度同步开展研究,推动深部地质封存从技术示范走向规模化应用,为实现“双碳”目标提供重要支撑。
关键词(KeyWords): 矿井水;CO_2;深部地质封存;“双碳”
基金项目(Foundation): 国家科技重大专项资助项目(2024ZD1004304);; 陕西省创新能力支撑计划资助项目(2024RS-CXTD-54);; 鄂尔多斯市标志性创新团队资助项目(2024RS-CXTD-54);; 中国煤炭地质总局科技创新项目(ZMKJ-2025-GJ02)
作者(Author): 杜松,谢志清,李祥,张树辉,蒋喆,任松宇,杨占,张啸,范莹琳,陶盛
参考文献(References):
- [1]康佳宁,张云龙,彭凇,等.实现碳中和目标的CCUS产业发展展望[J].北京理工大学学报(社会科学版),2024, 26(2):68-75.
- [2]中华人民共和国2024年国民经济和社会发展统计公报[Z].中国统计,2025(3):4-21.
- [3]蒋成竹,王帅,张涛. CO2地质封存空间管理国内外现状分析与启示[J].中国矿业,2025, 34(9):44-51.
- [4]魏恒飞,方杰,时俊杰,等.深部地下储存空间利用理论、技术及前景[J].煤田地质与勘探,2025, 53(2):67-83.
- [5]吕晋宁,张枢,陈文颖.碳中和目标下中国CCUS发展进程与国际经验启示[J].气候变化研究进展,2025:1-19.
- [6]陈宏坤,王晓华,于景琪,等.地下灌注技术及其在美国的应用[J].环境保护,2007(6):76-79.
- [7]杜松,张超,吴唯民,等.深井灌注技术用于处理煤矿高盐废水的展望[J].中国给水排水,2020, 36(16):40-48.
- [8]武强,高俊莲,曾一凡,等.我国煤矿矿井水全生命周期保护与利用研究[J].中国工程科学,2025, 27(2):184-204.
- [9]苏小宁,邱纪翔,栾利民,等.碳中和目标下中国碳捕集、利用与封存源汇匹配与集群布局研究[J].气候变化研究进展,2025, 21(3):373-386.
- [10]曾一凡,武强,赵苏启,等.我国煤矿水害事故特征、致因与防治对策[J].煤炭科学技术,2023, 51(7):1-14.
- [11]何庆成,李采.美国地下灌注井分类与管理法规介绍[J].上海国土资源,2012, 33(2):11-15,53.
- [12]郭永海,王驹,金远新.世界高放废物地质处置库选址研究概况及国内进展[J].地学前缘,2001, 8(2):327-332.
- [13]马凤彩,金岩,徐立.标准化促进我国地下深井灌注技术应用与发展[M].市场践行标准化——第十一届中国标准化论坛.成都;中国标准化协会. 2014.
- [14]黄晓梅.含氰废水深井注入技术的可行性研究[J].中国环境科学,1999(2):185-188.
- [15]杜松,李祥,车巧慧,等.煤矿矿井水深部地质封存技术体系与工程应用[J].煤炭学报,2025:1-18.
- [16]刁玉杰,张森琦,郭建强,等.深部咸水层CO2地质储存场地选址储盖层评价[J].岩土力学,2012, 33(8):2422-2428.
- [17]何庆成,李采,郭朝斌,等.碳封存与压缩气体地质储能现状、挑战与展望[J].水文地质工程地质,2024, 51(4):1-9.
- [18]张鑫刚,何庆成,黄文韬,等.全球CO2地质封存类型、案例与启示[J].中国地质,2025:1-23.
- [19]LU W, QI S, ZHENG B, et al. Optimisation study of carbon dioxide geological storage sites based on GIS and machine learning algorithms[J]. Geomechanics and Geophysics for Geo-Energy and GeoResources, 2025, 11(1).
- [20]NARAYANAN S Y, SINGH D N, Geological storage of CO2 in deep saline sandstone aquifers:A geomechanical perspective[J].Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2025, 17(9):6054-6078.
- [21]DING W,JIANG T,CHEN W, et al. Experimental study on CO2-brine-sandstone interaction and reservoir stability analysis under high temperature and high pressure[J]. Renewable Energy, 2025, 249(
- [22]杨运,吴吉春,唐甜.深井灌注废液在深部含水层中运移的数值模拟[J].水文地质工程地质,2010, 37(6):6-11,16.
- [23]杨运,吴吉春,唐甜.深井地下灌注数值模型SWIFT[J].高校地质学报,2010, 16(1):45-52.
- [24]章月华,刘彦,吕庆田,等. CO2地质封存地球物理监测技术研究进展与应用展望[J].中国地质,2025, 52(1):159-179.
- [25]陶盛,杜松,杨桔材,等.深部地质封存技术应用泄漏风险概率评估[J].中国煤炭地质,2025, 37(1):62-68.
- [26]曹默雷.碳封存地下空间大数据评价模型及其应用[D].北京:中国地质大学(北京),2022.
- [27]祁生文,郑博文,路伟,等. CO2地质封存选址指标体系及适宜性评价研究[J].第四纪研究,2023, 43(2):523-550.
- [28]李珂,韩小俊,张晓斌,等. CO2地质封存选址关键要素评估[J].天然气勘探与开发,2024, 47(5):95-102.
- [29]谢钦宇.考虑纳米限域空间壁面润湿性的流体传输规律研究[D]四川成都:西南石油大学,2024.
- [30]琚宜文,黄骋,孙岩,等.纳米地球科学:内涵与意义[J].地球科学,2018, 43(5):1367-1383.
- [31]甘宇.微纳尺度煤孔隙CO2/CH4扩散渗流规律研究[D].山西太原:太原理工大学,2024.
- [32]汤凤林,A.В.Ч,В.Н.Е,等.深井钻进时井底参数自动遥控系统用传感器的设计研究[J].钻探工程,2021, 48(1):42-48.
- [33]周翔,潘洁,吴一戎.透视地球——新一代对地观测技术[J].遥感学报,2024, 28(3):529-540.
- [34]底青云,朱日祥,薛国强,等.我国深地资源电磁探测新技术研究进展[J].地球物理学报,2019, 62(6):2128-2138.
- [35]王光付,李阳,王锐,等. CO2地质封存与利用新进展[J].石油与天然气地质,2024, 45(4):1168-1179.
- [36]李姜辉,余凤玲,牛雄伟,等.海底碳封存监测技术体系研究及未来发展[J].地球科学进展,2023, 38(11):1121-1144.
- [37]刘廷,马鑫,刁玉杰,等.国内外CO2地质封存潜力评价方法研究现状[J].中国地质调查,2021, 8(4):101-108.
- [38]桑树勋,刘世奇,朱前林,等. CO2地质封存潜力与能源资源协同的技术基础研究进展[J].煤炭学报,2023, 48(7):2700-2716.
- [39]方杰,雷宏武,时俊杰,等. CO2地质封存与利用技术发展态势与展望[J].热力发电,2025, 54(6):157-167.
- [40]马馨蕊,梁杰,李清,等.多类型岩石CO2矿化封存机制研究——以玄武岩与砂岩为例[J].海洋地质前沿,2025, 41(3):56-64.
- [41]吴潇,刘润昌. CO2作用下碳酸盐岩物性及孔喉结构变化特征[J].油气藏评价与开发,2025, 15(4):571-578.
- [42]刘云乾,廖志伟,丁海,等.玄武岩矿化封存CO2机理及储层演化特征研究进展[J].成都理工大学学报(自然科学版),2024, 51(6):975-988.
- [43]郝建峰,张家豪,孙维吉,等. CO2-水-岩作用后储层力学损伤演化特征研究进展[J].中国安全科学学报,2025, 35:141-150.
- [44]王典,李军,连威,等. CO2封存地层压力演化规律及影响因素分析[J].特种油气藏,2025, 32(2):168-174.
- [45]孙艳坤,孙天宇,朱天元,等.空-天-地-井一体化监测技术在CO2地质封存泄漏监测中的研究进展[J].特种油气藏,2025:1-18.
- [46]CHE Q, DU S, ZHANG D, et al. Monitoring-based study of migration characteristics of highly saline mine water during deep well injection and storage in the Ordos Basin[J].Processes, 2025, 13(2):1-13.
- [47]LIU Y, BU Y, DU S, et al. Reservoir characteristics and regional storage potential evaluation of deep well injection and storage of highsalinity water in coal mines in the Ordos Basin[J]. Processes, 2025, 13(2).
- [48]谢泽豪,张烈辉,赵玉龙,等.深部咸水层碳封存协同地热能开采数值模拟研究[J].煤田地质与勘探,2025:1-12.
- [49]李延静,美合日阿依·穆太力普,薛福生,等.基于孔隙尺度数值模拟的CO2-咸水两相流动特性影响机制研究[J].工程科学与技术,2025:1-16.
- [50]何坤忆,翁帮华,焦艳军,等. Hall曲线在气田水回注环境风险预警中的应用[J].石油与天然气化工,2023, 52(4):122-125,129.
- [51]李琦,刘桂臻,蔡博峰,等. CO2地质封存环境风险评估的空间范围确定方法研究[J].环境工程,2018, 36(2):27-32.
- [52]魏海峰. CO2捕集利用与封存经济效益及财税政策分析[J].油气藏评价与开发,2024, 14(2):277-283,296.
- [53]赵小令,肖晋宇,侯金鸣,等.中国CO2捕集利用和封存技术经济性与规模预测[J].石油勘探与开发,2023, 50(3):657-668.