CCUS与地球物理监测技术

一、碳中和背景下的CCUS与地球物理成像监测

碳捕集利用与封存(CCUS)是世界公认CO 2大规模减排主要手段。CO 2封存主要包括地质封存、海洋封存和矿石碳化等方式。目前地质封存以CO 2强化石油、天然气开采为主，胜利油田CCUS项目CO 2年封存达百万吨级。中长期预计咸水层/海水封存将成为主流。据中国地质调查局统计，我国CO 2地质封存潜力达万亿吨规模，其中咸水层封存量占98%以上，是实现碳中和目标的托底技术保障。

咸水层CO 2封存考虑的时间尺度长达千年，CO 2-水-岩相互作用、非均质储层中多相流以及化学-渗流场相互作用导致不同形式封存之间复杂的相互影响及转化。Eclipse等国际商业软件还不能完全满足模拟要求，开发自主知识产权咸水层CO 2封存的多组分多相渗流数值模拟软件势在必行。

CO 2地质封存后防止其泄露引发环境污染和地质灾害的安全监测就变得非常重要。CO 2注入改变了储层密度、电阻率、地震波速等物理参数，为利用地震、电磁等地球物理方法进行安全监测提供了物性前提，通过地下介质时延（四维）地球物理成像可以实时监测二氧化碳分布及动态变化。但封存安全还依赖储层的温压条件、流体特性、断裂识别及分布等诸多复杂因素，基于人工智能的多源数据分析成为CO 2地质封存评价和监测预警前景极好的技术。

二、研发项目

总体目标：建成深部咸水层CO 2 封存评价与安全预警的智能化技术平台，并完成工程应用示范。

1、自主知识产权的咸水层CO 2 封存数值模拟软件开发

针对咸水层CO 2 封存复杂物理化学机制，开发具有完全自主知识产权的咸水层CO 2 封存数值模拟软件，具备咸水层CO 2 构造空间封存、束缚空间封存、溶解封存和矿化封存量的计算功能。和国际商业软件相比，增加非均质储层中多相流、非线性渗流模拟功能以及高温高压高盐条件下CO 2 - 水- 岩相互作用定量模拟，误差不超过5%。

2、咸水层CO 2 封存智能评价

以具备CO 2 封存设备基础并靠近碳源的油气田、煤田为研究工区（如胜利油田、两淮煤田等），针对工区构造、温压、储层和流体特征，研发人工智能算法有效融合多源异构数据（图文描述资料，地震、电磁、测井、岩样和水样测试数据等）进行分析，智能评价工区的构造、储盖层、流体特性，宏观上计算工区CO 2地质封存容量，为示范工程选址提供科学依据。

三、研究基础

1、研究团队

项目依托中国科大地球物理学国家一级重点学科（A+学科）及流体力学、地球化学国家重点学科，进行交叉研究。研究团队实力雄厚，有教授、研究员十余人，其中国家级人才5人，获国家科技奖、省部级科技奖十余项。

团队成员与大庆、胜利、延长等油田在二氧化碳驱油数值模拟软件开发及工程应用示范方面有深度合作，共同参与多个973等项目的合作研究；与中国地调局、中石油东方地球物理公司在地球物理成像方面有广泛合作，共同参与国家深地专项、863等项目的合作研究。

2、科研项目与成果团队

成员承担国家科技重大专项、国家863计划、国家自然科学基金、国家重点研发项目课题等数十项。完全自主开发《低渗透油藏CO 2驱组分模型数值模拟软件》（图1），通过胜利油田第三方测试并投入使用。发展了具有国际先进水平的地震、电磁精细结构成像算法，并成功应用于页岩气开采区地下结构成像（图2-3）；建立了基于时延地震CO 2运移监测系统（图4）。团队成员发展了一套多源、海量地球物理勘探数据人工智能处理与解释方法，被石油工业界（哈里伯顿、BP、康菲、中石油等）广泛使用，2020年获SEG杰出青年科技奖（J.Clarence Karcher Award），同年获华为云AI名师奖。