TCSES 71-2022 二氧化碳地质利用与封存项目泄漏风险评价规范

ICS13.020.40CCSZ05团体标准T/CSES71—2022二氧化碳地质利用与封存项目泄漏风险评价规范ThespecificationonriskassessmentoftheleakagefortheprojectsofCO2geologicalutilizationandstorage2022-11-8发布2022-11-8实施中国环境科学学会  发布T/CSES71—2022I目次前言..................................................................................II引言.................................................................................III1范围.................................................................................12规范性引用文件.......................................................................13术语和定义...........................................................................14总则.................................................................................35二氧化碳泄漏风险识别与环境本底值调查.................................................46二氧化碳泄漏风险分析.................................................................77二氧化碳泄漏风险等级划分及监测要求..................................................17参考文献..............................................................................21T/CSES71—2022II前言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国科学院武汉岩土力学研究所提出。本文件由中国环境科学学会归口。本文件起草单位：中国科学院武汉岩土力学研究所、西南石油大学、中国矿业大学、中国石油集团工程技术研究院有限公司、中国石油集团安全环保技术研究院有限公司、中国科学院地质与地球物理研究所、中国地质调查局水环中心、陕西延长石油（集团）有限责任公司、中国神华煤制油化工有限公司、中国石油天然气股份有限公司吉林油田分公司、东北石油大学、北京交通大学、中国石油大学（华东）、聊城大学。本文件主要起草人：张力为、程小伟、陆诗建、白冰、靳建洲、张华、李小春、李琦、李兴春、杜显元、李义曼、刁玉杰、江绍静、王永胜、张德平、柏明星、张鹏伟、王维波、胡丽莎、罗婷婷、汤瑞佳、张成龙、郝文杰、魏宁、王燕、雷宏武、邓晨阳、赵东亚、崔振东、于永金、张弛、张春梅、梅开元、陈浮、付晓娟、王怀生、张征。T/CSES71—2022III引言二氧化碳捕集、利用与地质封存（CO2capture,utilizationandgeologicalstorage,CCUS）是指将二氧化碳从各类排放源和大气中分离后加以利用或封存，以实现二氧化碳减排的工业过程。作为一项有望实现化石能源大规模低碳化利用的新兴技术，CCUS技术受到国际社会的高度关注。我国已成为温室气体排放第一大国，加快部署二氧化碳地质封存、二氧化碳驱提高石油采收率、二氧化碳驱替煤层气等二氧化碳捕集、利用与封存项目是我国减少二氧化碳排放、实现碳中和目标的必然要求。我国已出台了一系列CCUS相关的政策和规划，有序推进CCUS技术研发和示范。目前绝大多数CCUS项目属于将二氧化碳注入深部地层的地质利用与封存项目。二氧化碳注入储层后，会增大储层中的压力，并在储层中运移。如果潜在的泄漏途径（如井筒、断层等）与储层和盖层有交会，则注入的二氧化碳可能会在压力和自身浮力的共同作用下通过泄漏途径向浅层地下水及大气迁移，造成二氧化碳的泄漏。因此，对二氧化碳发生泄漏的风险进行评价是保障CCUS项目成功实施的关键。本文件旨在为二氧化碳地质利用与封存项目的二氧化碳泄漏风险评价提供规范性的指导与借鉴，为CCUS项目与二氧化碳泄漏风险相关的评价与监测方案的制定提供依据。T/CSES71—20221二氧化碳地质利用与封存项目泄漏风险评价规范1范围本文件规定了二氧化碳地质利用与封存项目泄漏风险识别与环境本底值调查、二氧化碳泄漏风险分析、二氧化碳泄漏风险等级划分及监测要求。本文件适用于二氧化碳地质封存、二氧化碳驱提高石油采收率、二氧化碳驱替煤层气等涉及二氧化碳注入地下的工程项目选址设计阶段的泄漏风险评价，目前处于建设或运行中的同类项目也可参考使用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB17741工程场地地震安全性评价HJ2.2环境影响评价技术导则大气环境HJ/T166土壤环境监测技术规范HJ610环境影响评价技术导则地下水环境T/CSES41—2021二氧化碳捕集利用与封存术语3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。二氧化碳地质利用CO2geologicalutilization将二氧化碳注入地下，用于能源、资源生产或强化其开采的过程，相对于传统工艺可减少二氧化碳排放。[来源：T/CSES41—2021，6.1]二氧化碳地质封存CO2geologicalstorage通过工程技术手段将捕集的二氧化碳直接注入至地下深部咸水层、枯竭油气藏等地质构造中，实现其与大气长期隔绝的过程。二氧化碳驱提高石油采收率CO2-enhancedoilrecovery；CO2-EOR将超临界或液相二氧化碳注入常规方法难以开采的油藏，利用其与原油的物理化学作用，导致原油的性质、油藏的性质和油藏的流体孔隙压力发生变化，实现增产石油、提高石油采收率的过程。[来源：T/CSES41—2021，6.4]二氧化碳驱替煤层气CO2-enhancedcoalbedmethanerecovery；CO2-ECBM将从排放源捕集到的二氧化碳注入深部暂不可开采煤层中进行封存，同时将煤层气驱替出来加以利用的过程。[来源：T/CSES41—2021，6.3]储层reservoir能够储集和渗滤流体的岩层。注：本文件特指能够注入、储存和渗透二氧化碳的岩层。T/CSES71—20222储层压力系数reservoirpressurecoefficient实测储层垂直深度的地层压力与该深度静水柱压力的比值。盖层caprock位于储层之上，能够封隔储层，使其中流体免于向上散逸的岩层。井筒wellbore钻孔中由套管、水泥环、井眼构成的筒状结构，是沟通地面和储层的通道，可用于流体采出、注入或监测。断层fault岩体受力作用断裂后，两侧岩块沿断裂面发生显著位移的断裂构造。泄漏leakage注入二氧化碳因上覆盖层密封失效、井筒完整性失效、断层封闭性失效等原因出现的二氧化碳、咸水、有机物等运移到盖层上方地层、浅层地下水、土壤、大气中的现象。超临界状态supercriticalstate二氧化碳所处条件超过临界温度（31.1℃）与临界压力（7.38MPa）时，二氧化碳液态与气态的界面突然消失，形成的一种兼具气态和液态部分性质的状态。环空annulus悬于井内的套管柱四周的空间（包括油管和套管之间的环形空间，以及套管外部和地层耦合的水泥环可能含有的缺陷），是二氧化碳和咸水等流体通过井筒泄漏的重要通道。水泥环第一界面cementsheathfirstinterface井筒内套管和水泥环之间的胶结面。水泥环第二界面cementsheathsecondinterface水泥环与地层（或外层套管）之间的胶结面。突破压力breakthroughpressure二氧化碳排开其他流体进入岩石内部的临界压力。泄漏监测leakagemonitoring通过地下水环境监测、二氧化碳通量与浓度监测、环境变化遥感监测等技术，监测储层、盖层、井筒、断层中二氧化碳的运移，监测地表二氧化碳浓度、通量和植被的变化，确保在井口和地下发生泄漏时及时予以识别，保障地下二氧化碳的封存安全。环境本底environmentalbaseline自然环境在未受污染的情况下，各种环境要素中化学元素或化学物质的基线含量。环境风险受体environmentalsensitivereceiver在突发环境事件中可能受到危害的、具有一定社会价值或生态环境功能的单位或区域。T/CSES71—20223特别保护区specialprotectedarea飞机场、军事基地以及国务院和国务院有关部门及省、自治区、直辖市人民政府划定的野生动物保护区、生态保护红线区域、永久基本农田和其他需要特别保护的区域。二氧化碳羽CO2plume注入储层中的二氧化碳形成的羽状流体团。断层活动速率sliprateoffault某一地层单元在一定时期内，因断裂活动形成的位移与相应活动时间的比值。断层泥比率shalegougeratio通过各种机理挤入断层的泥页岩的比例。封存场地storagesite封存地质体或地下空间以及用于开发二氧化碳注入设施并进行封存活动（包括监测）的地面区域。[来源：T/CSES41—2021，6.19]4总则概述本章阐述了本文件所指的泄漏风险涵盖的范围、泄漏风险评价目标、泄漏风险评价总体流程。泄漏风险涵盖的范围4.2.1本文件所讨论的泄漏风险，主要指将二氧化碳注入到目标储层导致的二氧化碳、咸水、有机污染物等由盖层、井筒、断层等途径泄漏至盖层上部各地层、浅层地下水、大气中的可能性和发生此种泄漏造成的环境影响。4.2.2在项目选址设计阶段，宜尽可能搜集有助于泄漏风险判定的资料与数据。4.2.3泄漏风险评价范围界定如下：a)水平维度：本文件建议以二氧化碳注入后产生储层压力增高的区域边界为依据界定泄漏风险评价范围，最大泄漏风险评价半径不宜超过25km（二氧化碳注入井为圆心）；b)竖直维度：本文件以与盖层相邻的盖层上部第一个地层直到地表作为泄漏风险评价范围；c)时间维度：宜根据项目规模、所在区域地质条件和人口等因素，确定合适的泄漏风险评价周期。泄漏风险评价目标目标是给出项目泄漏风险等级，基于等级划分结果给出相应监测方案。泄漏风险评价总体流程泄漏风险评价总体流程如下：a)风险识别。针对二氧化碳地质利用与封存项目前期选址与设计特点，提出了若干二氧化碳泄漏风险判定指标，根据项目的各项设计参数和风险判定指标对项目的二氧化碳泄漏风险进行识别；b)风险分析。对于项目涉及的二氧化碳泄漏风险判定指标，采用打分法，给出每个指标的对应分值，该分值即反映项目存在该项风险的可能性和严重程度；c)风险等级划分。基于风险分析给出的各二氧化碳泄漏风险判定指标的打分结果，对该项目的二氧化碳泄漏风险等级进行划分，分为可接受、可容忍和不可接受三级。若项目的泄漏风险属于不可接受一级，则需调整项目设计，直至项目达到可接受或可容忍的分级标准；T/CSES71—20224d)风险监测方案。根据项目二氧化碳泄漏风险等级划分的结果，给出相对应的风险监测方案。5二氧化碳泄漏风险识别与环境本底值调查二氧化碳泄漏风险源、泄漏途径、泄漏影响范围和环境危害5.1.1泄漏风险源在长期二氧化碳注入和封存过程中，主要的泄漏风险源包括但不限