先进的成像技术监测二氧化碳的使用和储存

从发电厂排放的二氧化碳中分离二氧化碳的做法可以追溯到30多年前，当时人们对其对大气的影响提出了担忧。封存二氧化碳通常意味着在电厂生产过程中捕获二氧化碳，并将其浓缩成压缩状态，这样就可以将其注入地下深处的地质储存库中。1972年的一项发现确定，压缩CO2气体注入油气藏时，可以提高石油采收率。如今，利用二氧化碳来生产更多的石油和天然气似乎是一种双赢的局面——既有利于环境，也有利于能源生产——但地下储层存在裂缝和断层，这意味着二氧化碳可能会逸出。到目前为止，CO2监测主要局限于注入点附近的地面测量，很少跟踪其在地下的运动。

哈罗德万斯大学石油工程系杰出教授Akhil Datta-Gupta博士正在努力扩大这些监测能力。他是德克萨斯A&M工程实验站(TEES)研究项目的首席研究员，该项目旨在开发一种更好的方法来跟踪二氧化碳在石油生产中的储存和使用。他的方法有可能比目前的方法更快、更实用、更经济，这意味着它将是能源和环境的真正胜利。

达塔-古普塔说:“油被困住是因为一种叫做界面张力的东西，这种力量将油困在小孔隙中。”“二氧化碳与石油相混溶，所以我们实际上可以将石油从最小的孔隙中驱逐出来。当然，最大的挑战之一是如何追踪二氧化碳。因为如果你注入二氧化碳，它会泄漏回地表，那么你就不会得到任何环境效益。你要确保二氧化碳留在地下。”

Datta-Gupta的该过程包括精确模拟二氧化碳的运移方向，以及二氧化碳对该地区压力、温度和地下地层的影响。他将使用他开发的先进成像技术进行油气勘探和管理。这种基于快速行进方法的程序是跟踪地下二氧化碳运动的有效方法，因为它可以快速将地下建模的三维控制方程转换为一维方程，从而比全三维模拟节省数量级的计算。如果二氧化碳进入裂缝并可能从储层中逸出，这一速度是快速反应所必需的。

Datta-Gupta说:“我们的重点是利用温度、压力和延时地震数据对二氧化碳进行实时成像，或者接近实时成像。”“因此，随着数据的生成和处理，我们将用它来重建地下气体的运动。”

该项目的压力和温度数据将来自德克萨斯州休斯顿附近Petra Nova碳捕集和储存基地的注入井和监测井。该油田是NRG能源公司和JX日本石油公司合资企业的一部分 而且天然气勘探公司和希尔科能源公司。

达塔-古普塔说:“对于地震监测，我们基本上是发出声波，然后观察反射波的性质，然后重建图像，类似于医学超声成像。”

用已知的特性对人体进行成像相对来说是常规的，但理解不可见和未知的地下成分将是困难的。

“我们不仅试图成像气体羽流， 我们是同时试图估计介质的性质将是什么，”Datta-Gupta说。“这让我们面临双重挑战。”

Datta-Gupta的该研究项目名为“使用地震发生时间和分布压力和温度测量的联合层积反演的强大二氧化碳成像”，由能源部的安全和永久储存计划资助，预算120万美元，旨在减少温室气体排放。该项目团队包括巴特尔纪念研究所作为分包商。壳牌全球公司、阿纳达科石油公司、雪佛龙公司和JX日本石油天然气勘探公司提供了进一步的支持，估计金额为30万美元。

虽然慷慨的资金使该项目成为本财政年度tee的最高赠款奖项之一，并为Datta-Gupta获得了工程起源多学科研究奖，但他的重点是研究提出的挑战和发展。

“这是非常令人兴奋的，从世界上最大的二氧化碳封存项目中获得数据，”达塔-古普塔说。“这为我们作为一个部门深入研究新领域提供了很多研究机会，这些领域包括碳捕获、利用和封存;这在未来将变得越来越重要。”