Page 113 - 科技创新肩负应对气候变化新使命

第三章 气候变化科技发展

矿化。
CO2 吸附。
当 CO2 注入到一个气贮藏库时，会形成由天然气和 CO2 组成的单一流体相。

当 CO2 注入深盐水层时，也许是一种流体相，或是一种超临界的密相流化床，
它在水中是不混合的。CO2 注入油贮藏库，也许是易混合的，也许是不易混合的，
这取决于油的组成和系统的热力学状态。当 CO2 注入到煤层时，发生的过程更
为复杂，不仅涉及上面列出的过程，还有气体的吸附和解吸的问题，特别是对于

先前在煤上吸附的甲烷，还有煤本身的肿胀或收缩问题。
浮力会造成流体在岩层中垂直流动，浮力大小与岩层内流体的类型有关。在
盐水层，CO2 和岩层水之间有较大的密度差，会产生很强的浮力，使 CO 向上移

动。在宁 III 藏库，密度差不大，因而浮力不在气贮藏库，会出现相反的情况，
即由于 CO2 的密度比天然气大，CO2 会在浮力所作用下向下移动。在盐水层和
油贮藏库，由于浮力的驱动，注入的 CO2，烟羽会向上移动到盖岩基础的最高点。
不过，注入的 CO2 不会均匀移动。CO2 烟羽通过岩石基体后，其形状强烈地受
岩层非均匀性的影响。存储岩层内出现低渗透层有利于抵消浮力效应，从而防止

CO2 迅速向上移动。
当 CO2 移动通过岩层时，会有一部分 CO2 溶解在岩层水中。在开放式的流
体系统中，按贮藏库规模的数值模拟表明，注入的 CO2 在几十年内会有很大一

部分（可高达 30%）溶解在岩层水中。如果注入的 CO2 包在一个封闭的结构（如
贮藏库）中，因为与非饱和的岩层水接触变少了，完全溶解 CO2 将需要更长的
时间。一旦 CO2 溶解在岩层的流体中，CO2 就会按区域水力梯度沿着区域地下
水移动。对于低渗透性和高盐分的深层沉积性盆地，地下水流动速度是很低的，
典型的只有每年数厘米的量级。因此，溶解 CO2 的移动速率比单相 CO2 的移动

速率低得多。
在 CO2 移动通过岩层时，会有一些 CO2 因毛细作用力而滞留在孔隙性空
间中，这种现象通常称为“残留气体的捕获”，它可以使一定量的 CO2 固定不

动。当捕获程度高并且 CO2 被注入到厚岩层的底部时，所有的 CO2 都可以通
过这种机理被捕获，甚至在达到盖岩（岩层顶部）以前。“残留气体饱和值”
是与岩层密切相关的，对于许多典型的存储岩层，残留气体饱和值可以高达
15% ～ 25%。随着时间的推移，所捕获的大部分 CO2 可以溶解在岩层水中。除

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