本文转自碳捕集期刊《Carbon Capture Journal》发布的题为“$2.5M grant funds real-time monitoring of underground carbon sequestration”的报道。

原文链接：http://www.carboncapturejournal.com/news/25m-grant-funds-real-time-monitoring-of-underground-carbon-sequestration/4021.aspx?Category=all

日期：2018-03-26

来自宾夕法尼亚州立大学，劳伦斯伯克利国家实验室和德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员正在合作进行一项耗资250万美元的新项目，以阐明在地下封存过程中二氧化碳会发生什么。

该小组将利用通过新型实时监测系统收集的地震数据来追踪地下二氧化碳的传播。 这个为期四年的项目由美国能源部资助。

固碳的主要目标是减少二氧化碳排放到大气中。封存涉及将二氧化碳注入封闭空间以进行长期储存。该项目正在调查储层中的地下封存，如海水含水层或矿床。在高压下，二氧化碳将填满岩石中的孔隙或溶入盐水中，但研究人员仍不清楚二氧化碳在储层中迁移的位置以及是否有机会从储层泄漏或从注入井泄漏。

为了解决这个问题，工作人员科学家，劳伦斯伯克利国家实验室和项目合作者Tom Daley在2007年开发了实时监测设备，这是在建造注入井期间安装的。设备每秒发出几次能量脉冲，以振动通过的材料。通过分析回响到监测设备的振动，研究人员可以创建相对清晰的地下图像。然而，二氧化碳的存在影响了地震波传播到地下的过程，没有人开发出使用地震数据追踪地下二氧化碳的可靠方法。

宾夕法尼亚州天然气研究所地球物理学助理教授，副研究员朱铁源最近发现，地震波能量损失量对二氧化碳的饱和度非常敏感。 他发现，在德克萨斯州Frio的一个封存点中，可以解释这些数据以了解储层中二氧化碳的饱和度。 他将这些知识与最先进的地震分析技术（称为全波形反演）相结合，开发了一种跟踪DOE实时监测系统的算法。

“这项我们正在开发的新技术是五到十年前我们无法想象的，”该项目的首席研究员朱说。 “我们的目标是开发新的数据处理工具，使美国能源部的实时监测系统能够精确地映射地下二氧化碳。”

跟踪地下二氧化碳的流量和浓度是一项复杂的任务。 该小组将首先对地下地质进行初步估算，这是联合首席研究员Sanjay Srinivasan的专长，他是John and Willie Leone家族能源和矿物工程部门的教授和负责人。

“当你将二氧化碳注入地下时，它有可能泄漏出去，或者进入你不想去的地方，”联合首席研究员宾夕法尼亚石油和天然气工程助理教授Eugene Morgan说。“这个项目还将帮助我们识别潜在的泄漏，同时确保我们最大限度地提高存储潜力。”

利用注入期间收集的地震数据，研究人员将不断细化地下二氧化碳首先扩散的情况，然后在不同的岩石特征中增加浓度。 他们将在石油和天然气行业以及用于测量地震的各种计算机模型配对。 就像飓风预测一样，该团队将使用不断增加的新数据来减少他们对地下二氧化碳储存图像的不确定性。 通过这项工作，该团队正在将他们的初始数据转化为储层的三维图像和近乎实时更新的二氧化碳饱和度。

这项工作的大部分将在宾州州立网络科学研究所管理的超级计算机上处理。

除了分析新监测设备的数据之外，该小组还将在劳伦斯伯克利国家实验室进行小规模的实验室实验，以验证他们的工具。

Srinivasan说：“我们正在实施一些大规模的碳封存项目，但是阻止联邦机构向前发展的一个不确定因素是注入二氧化碳的位置。 “我们的项目在开发技术方面将走很长的路，不仅可以找出二氧化碳的去向，还可以识别过程中可能出现的潜在问题，从而可以减轻这些问题。”

劳伦斯伯克利国家实验室的科学家兼地球物理系主任Jonathan Ajo-Franklin是该项目的联合首席研究员。 德克萨斯大学奥斯汀分校经济地质局高级研究科学家Alexander Sun也参与了该项目。