评估美国德克萨斯州南部Frio地层中咸水含水层进行二氧化碳封存的潜力

《International Journal of Greenhouse Gas Control》：Assessing the potential for CO 2 sequestration of a saline aquifer in the Frio Formation, South Texas, USA

储层表征|地震解释|渗透率|地质屏障|EASiTool模拟|南得克萨斯|储层连通性|矿物成熟度

　　在当今全球范围内对碳捕集与封存（CCS）技术日益重视的背景下，CO?的地质封存已成为减少温室气体排放的重要策略之一。美国德克萨斯州的弗里奥组（Frio Formation）作为潜在的CO?封存目标，尤其在南德克萨斯地区，因其独特的地质条件和丰富的储层特性而受到越来越多的关注。本研究旨在评估该区域的CO?封存潜力，提供一种在数据有限情况下，仍能有效评估储层性能的方法。通过综合地质分析和实际案例研究，本研究不仅为南德克萨斯地区的CO?封存项目提供了实用的解决方案，也为其他类似地质环境下的封存潜力评估提供了参考。

弗里奥组位于美国德克萨斯州沿海盆地，是一个沉积岩层，其厚度可达5000英尺，主要由砂岩构成。该层的储层特性受多种地质因素的影响，包括沉积环境、构造活动以及岩性变化。在该地区，储层的连通性、孔隙度和渗透率存在显著差异，这些差异直接影响CO?的注入能力和封存容量。研究团队利用三维和二维地震数据绘制了该地区的结构图，并结合井测数据对弗里奥组的沉积相进行了详细分析。这些数据帮助确定了储层的分布、横向连续性和砂体的边界条件，为后续的封存容量评估奠定了基础。

研究中特别强调了储层岩性对注入能力的重要性。在弗里奥组的某些区域，由于火山岩和碳酸盐物质的存在，渗透率受到较大影响。这些物质可能在储层中形成局部的物理屏障，从而降低CO?的流动能力。因此，岩性分析不仅是评估储层质量的关键环节，也是预测CO?封存效率的重要依据。通过详细的岩性分析，研究团队能够识别出不同沉积相的特征，并据此判断哪些区域更适合进行CO?注入。

此外，研究还关注了储层的构造特征。该封存区域被一系列封闭性正常的断层所包围，这些断层在一定程度上限制了储层的横向连通性。特别是在某些沉积相中，如辫状河相，储层的连通性相对较好，而在其他沉积相中，如河道相，横向连通性则较为有限。这些构造因素对封存容量的估算具有重要影响，因为它们决定了CO?在储层中的流动路径和封存效率。

为了更准确地评估CO?的封存容量，研究团队采用了一种基于CO?压力的估算方法。这种方法不需要完整的储层建模，而是通过整合地质数据和岩性参数，利用EASiTool这一非商业性的分析软件，对封存容量进行初步估算。EASiTool能够模拟CO?注入过程中压力的变化，从而帮助评估储层的承载能力。在本研究中，初始储层压力被设定为静水压力，这是盐水储层的典型特征。而最大注入压力则被限制在断裂压力的85%以内，以确保注入过程的安全性和可行性。

研究结果表明，该区域的CO?封存潜力约为4.6亿公吨。这一数值是基于参考井2的储层参数计算得出的，而该井的渗透率相对较低，这可能对封存容量产生一定的影响。为了减少对参考井的依赖，研究团队建议在未来的评估中，应尽可能纳入更多井的数据，以提高估算的准确性和全面性。然而，受限于现有的岩性分析条件，目前的数据整合仍以参考井为主。

该研究的意义在于，它为在数据有限的地质环境中评估CO?封存潜力提供了一种实用的方法。特别是在靠近传统油气开采活动的区域，虽然地下数据相对丰富，但如何在不引入偏差的情况下，合理利用这些数据仍然是一个挑战。本研究通过综合多种地质分析手段，为这一问题提供了解决方案。同时，研究还强调了矿物学不成熟岩层的次生变化对封存能力的影响，特别是在含有火山碎片和长石的岩层中，这种变化可能显著降低CO?的注入能力和整体封存效率。

从实际应用的角度来看，本研究的成果对于推动南德克萨斯地区的CO?封存项目具有重要意义。通过提供一种基于压力和地质特征的封存容量估算方法，研究团队为相关项目的设计和实施提供了科学依据。此外，研究还指出了在未来的封存项目中，应进一步完善储层建模和动态模拟，以更精确地评估封存潜力和注入能力。

在当前的CCS项目中，储层的连通性、孔隙度和渗透率是决定封存效率的关键因素。因此，对这些参数的准确评估至关重要。本研究通过综合多种地质分析方法，不仅提供了对弗里奥组储层特性的深入理解，还为其他类似地质环境下的CO?封存潜力评估提供了可借鉴的经验。通过这种方式，研究团队希望能够在数据有限的情况下，为CO?封存项目的可行性评估提供更加可靠和实用的依据。

本研究的成果表明，尽管盐水储层在某些情况下可能面临地质不确定性、操作挑战和安全问题，但通过合理的地质评估和数据整合，仍然可以实现有效的CO?封存。特别是在南德克萨斯地区，虽然目前对该区域的CO?封存潜力研究较少，但其独特的地质条件和储层特性为未来的封存项目提供了良好的基础。通过进一步的研究和数据积累，可以更全面地评估该地区的封存潜力，并为实际项目的设计和实施提供更加精准的指导。

总的来说，本研究不仅为南德克萨斯地区的CO?封存项目提供了重要的数据支持和评估方法，还强调了在数据有限的情况下，如何通过综合地质分析来提高封存潜力估算的准确性。同时，研究也指出了储层岩性和构造特征对封存能力的影响，为未来的地质封存项目提供了新的视角和思路。通过这些研究成果，研究团队希望能够为全球范围内的CO?封存技术发展做出贡献，并为实现碳中和目标提供科学支持。