一种二氧化碳封存泄漏风险预测和评价的方法和系统与流程

：本发明属于计算机建模模拟领域，尤其涉及一种二氧化碳封存泄漏风险预测和评价的方法与系统。

背景技术

0、
背景技术：

1、地质封存co2(carbon bioxide capture and storage，简称ccs)是指把co2从工业或相关能源利用产生的c02源中分离出来，输送到一个封存点，并长期与大气隔绝的过程，包括co2捕获、输送和封存等环节。

2、地质封存地点有三种包括深部盐水层，废弃油气藏，不可开采的煤层。封存的co2一旦大量泄漏，造成严重的不良后果，从生态系统稳定性角度的研究发现，ccs泄漏致使地质封存点的地层存在下陷的危险性，可能引发微地震，破坏整个土壤生态系统的稳定性。从土壤化学角度分析，co2泄漏引起地下水酸化，与土壤水的循环会引起土壤ph值的降低，造成土壤酸化，进而影响土壤理化性质和理化过程，对整个土壤生态系统产生负面影响。

3、目前，封存co2泄漏预测技术在国内处于初步应用阶段，因此如何能够有效的提高预测co2封存泄漏精度亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对目前现有的封存co2模型判断泄漏不准确的问题，本发明提出了获取封存二氧化碳场地的地质参数，水文参数；根据所述地质参数确定封存二氧化碳场地的类型后，构建所述类型下的二氧化碳封存储层模型，所述封存储层模型为多层的岩层结构；根据所述存储层模型中自下而上的相邻岩层最小厚度处的压力值和坐标，若压力值均超过第一阈值，则计算相邻最小厚度处的距离；若所述相邻最小厚度处的距离小于第二阈值，则继续向上计算，若岩层顶层最小厚度处的压力值超过第一阈值，则判断该封存二氧化碳场地存在泄漏风险，若封存储层模型中存在断层，则计算所述断层位置坐标与相邻岩层最小厚度处的距离，若距离小于第三阈值，则以断层位置作为该岩层气窜位置；根据各层岩层最小厚度的平面坐标的横坐标获取预测平面泄漏范围，根据各层岩层最小厚度的三维坐标拟合气窜的路径；根据泄漏点坐标确定地表空间泄漏范围，根据平面泄漏范围和地表空间泄漏范围确定风险等级；根据风险等级向监测站发送告警信息。本发明通过拟合二氧化碳泄漏判断模型，提高了泄漏的判断效果以及计算影响范围的计算精确性；通过数值模型的预测可以降低监测难度；根据气体扩散模型中结合预测泄漏范围内的归一化植被指数一起确定风险等级，可初步确定泄漏影响程度。

2、本发明为解决以上技术问题所采取的技术方案是：

3、二氧化碳封存泄漏风险预测和评价的方法，包括：

4、s1、获取封存二氧化碳场地的地质参数，水文参数；

5、s2、根据所述地质参数确定封存二氧化碳场地的类型后，构建所述类型下的二氧化碳封存储层模型，所述封存储层模型为多层的岩层结构；

6、s3、根据所述存二氧化碳封存储层模型中自下而上的相邻岩层最小厚度处的压力值和坐标，若压力值均超过第一阈值，则计算相邻最小厚度处的距离；若所述相邻最小厚度处的距离小于第二阈值，则继续向上计算，若岩层顶层最小厚度处的压力值超过第一阈值，则判断该封存二氧化碳场地存在泄漏风险，

7、若封存储层模型中存在断层，则计算所述断层位置坐标与相邻岩层最小厚度处的距离，若距离小于第三阈值，则以断层位置作为该岩层气窜位置；

8、s4、根据各层岩层最小厚度的平面坐标的横坐标获取预测平面泄漏范围，根据各层岩层最小厚度的三维坐标拟合气窜的路径；

9、s5、根据泄漏点坐标确定地表空间泄漏范围，

10、s6、根据平面泄漏范围和地表空间泄漏范围确定风险等级；

11、s7、根据风险等级向监测站发送告警信息。

12、进一步地，所述地质参数包括渗透率，饱和度，温度，相对渗透率，质量分数，密度，孔隙度，导热系数，岩层厚度。

13、进一步地，所述二氧化碳场地的类型包括废弃油田型或深部盐水层型。

14、进一步地，所述二氧化碳封存储层模型由测井数据、地震数据构建多层的岩层结构。

15、进一步地，所述第一阈值和第二阈值为动态阈值，所述动态阈值依据模型自下而上变大；其中第一阈值为di+1＝di-aρighi；所述第二阈值为li+1＝li+c△l，其中ρi为岩层密度，g为重力加速度，h为某层岩层平均厚度，d为压力，l为距离，a,c为修正系数，△l为延伸长度。

16、进一步地，步骤s6中，还可以根据平面泄漏范围和地表空间泄漏范围以及预测泄漏范围内的归一化植被指数确定风险等级。

17、进一步地，步骤s7后还包括，监测站测定预测泄漏范围中二氧化碳的泄漏速率，根据所述泄漏速率修正泄漏范围区域大小。

18、其中，二氧化碳地表空间泄漏模型为：

19、

20、

21、其中为泄漏源处co2的质量浓度，qm为泄漏源的泄放速度，

22、(x,y,z)为预测泄漏点高斯坐标，h为有效泄漏源高度，σy，σz为y,z方向的扩散系数；u为平均风速，hz为泄漏点高度，pa为环境大气压值，qv为co2泄漏通量，ts为泄漏源co2的温度，ta为大气环境中co2的温度。

23、所述二氧化碳封存储层压力值模型为：

24、

25、

26、

27、

28、pi+1＝pi-aρighii＝0,1....，15；

29、p0＝ρgh+1.013e5

30、其中，t为时间，为孔隙度,为初始孔隙度，s为饱和度，ρ为密度，k为渗透率，k0为初始渗透率，kr表示相对渗透率，x为质量分数，μ为粘度，p为压力，p0为初始压力，g为重力加速度，u为内能；t为温度，λ为导热系数，q为源/汇，下标g为气相，下标l为液相，下标w表示储层中的水，下标c表示储层中的co2；h表示岩层总高度；hi表示某层岩层的平均厚度；

31、判断二氧化碳封存泄漏风险预测和评价的系统，该系统包括：

32、采集模块，用于获取封存二氧化碳场地的地质参数，水文参数；

33、地质模型模块，用于根据所述地质参数确定封存二氧化碳场地的类型后，构建所述类型下的二氧化碳封存储层模型，所述封存储层模型为多层的岩层结构，

34、泄漏预测模块，用于根据所述存储层模型中自下而上的相邻岩层最小厚度处的压力值和坐标，若压力值均超过第一阈值，则计算相邻最小厚度处的距离；若所述相邻最小厚度处的距离小于第二阈值，则继续向上计算，若岩层顶层最小厚度处的压力值超过第一阈值，则判断该封存二氧化碳场地存在泄漏风险；若封存储层模型中存在断层，则计算所述断层位置坐标与相邻岩层最小厚度处的距离，若距离小于第三阈值，则以断层位置作为该岩层气窜位置；

35、泄漏模拟模块，用于根据各层岩层最小厚度的平面坐标的横坐标获取预测平面泄漏范围，根据各层岩层最小厚度的或断层位置三维坐标拟合气窜的路径；

36、泄漏风险评价模块，根据泄漏点坐标确定地表空间泄漏范围，根据平面泄漏范围和地表空间泄漏范围和预测泄漏范围内的归一化植被指数确定风险等级，

37、泄漏风险告警模块，用于根据风险等级向监测站发送告警信息，监测站测定预测泄漏范围中二氧化碳浓度、泄漏速率，根据泄漏点速率修正泄漏范围区域大小；

38、其中，二氧化碳地表空间泄漏模型为：

39、

40、

41、其中c(x,y,z)co2为泄漏源处co2的质量浓度，qm为泄漏源的泄放速度，

42、(x,y,z)为预测泄漏点高斯坐标，h为有效泄漏源高度，σy，σz为y,z方向的扩散系数；u为平均风速，hz为泄漏点高度，pa为环境大气压值，qv为co2泄漏通量，ts为泄漏源co2的温度，ta为大气环境中co2的温度。

43、所述二氧化碳封存储层压力值模型为：

44、

45、

46、

47、

48、pi+1＝pi-aρighii＝0,1....，15；

49、p0＝ρgh+1.013e5

50、其中，t为时间，为孔隙度,为初始孔隙度，s为饱和度，ρ为密度，k为渗透率，k0为初始渗透率，kr表示相对渗透率，x为质量分数，μ为粘度，p为压力，p0为初始压力，g为重力加速度，u为内能；t为温度，λ为导热系数，q为源/汇，下标g为气相，下标l为液相，下标w表示储层中的水，下标c表示储层中的co2；h表示岩层总高度；hi表示某层岩层的平均厚度。

51、计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，处理器执行所述计算机程序实施二氧化碳封存泄漏风险预测和评价的方法。

52、一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序实施二氧化碳封存泄漏风险预测和评价的方法。

53、本发明的有益效果如下：

54、1)本发明通过拟合二氧化碳泄漏判断模型，提高了泄漏的判断效果以及计算影响范围的计算精确性；

55、2)通过多个数值模型的预测可以降低监测难度；

56、3)根据气体扩散模型中结合预测泄漏范围内的归一化植被指数一起确定风险等级，可初步确定泄漏影响程度；

57、4)通过实测二氧化碳的浓度，对预测结果修正处理，可以进一步地优化预测结果的精确性。

58、上述说明，仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述说明和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，特举较佳实施例，详细说明如下。