Question

制定合理的监测方案

Answer 1

CO₂地质储存项目的监测是通过制定和执行具体的监测方案来实现的。与监测手段一样，监测方案迄今也没有一个通用的制定方法或标准，需要针对不同项目的实际情况分别制定。监测方案包括很多内容，一般主要包括监测参数和手段、布点原则与基本要求、监测地理范围、监测背景值、监测频率等。

（一）确定监测参数和手段

可用的CO₂地质储存监测手段非常多，即使是对于其中一项监测参数，往往也有多种监测手段可选，有时这也会造成项目运营者在选择监测手段时的迷惑。因此，本书在这里列出几项实施成本低、但能提供大量关键信息，而且对不同的项目具有较好通用性的监测手段，以帮助项目运营者进行选择。不过还需要强调，这仅是一般性的参考建议，还需依据项目的实际情况给出最佳选择。

1）井密封性监测：成像测井／垂直地震剖面图；

2）确定最大允许注入压力：注水压裂试验；

3）注入流量/状态/组分监测：流量计/压力传感器/温度传感器/化学成分检测/注入剖面绘图（项目初期和后期可能需要）；

4）储层中的压力、温度监测：井下压力传感器/热电偶；

5）盖层地应力监测：微震监测/三轴张力仪；

6）羽状体和项目覆盖区分布：垂直地震剖面监测／时移地震监测（三维和四维）／倾斜仪／合成孔径雷达；

7）地下水／地表水／土壤气／地表大气抽样监测。

（二）监测布点原则与监测基本要求

1.土壤监测点布点原则与基本要求

由于CO₂需要在高于临界压力（7.38MPa）的注人压力下注入储层，注入期间在注入井附近CO₂将主要受注入压力的驱动向四周扩散运移，随着时间和运移距离的推移CO₂的迁移主要受深部地层结构和状况影响。综合考虑以上因素，将监测点布点区域分为以注入井为中心的灌注中心区和灌注区外延区，中心区和外延区的划分主要依据灌注区储盖层孔隙度、渗透率等，以及数值模拟运移结果。在中心区内采用网格化布点方法，每个网格内布设一个监测点，根据实际工程情况选取合适的网格间距。同时在灌注井和监测井周围加密布点，监测点要深入到地面以下20～30cm的位置。对于灌注外延区主要遵循以下布点原则：①人口居住区，村庄、工厂等；②断裂、断层位置；③地层倾斜方向；④地面沉降或者塌陷地带等；⑤数值模拟深部CO₂运移方向。

土壤监测点设置应遵循以下要求：①监测点具有较好的代表性，能够客观反映一定时空范围内土壤呼吸变化规律；②监测点确定后使用GPS定位，同时对地理位置进行简要描述；③监测点的设置要保证测量时间、位置和测试环境上的可重复性，使监测点获得的数据具有可比性。

2.浅层水监测点布点原则与基本要求

在水质监测的有效范围内，重点关注的布点位置原则为；①居民饮用水，居民自用井、机井；②河流、湖泊、泉等；③地层断裂和断层位置附近；④灌注井、监测井、废弃井等；⑤区域地下水系统地下水补给、径流方向，CO₂在储集层分布和扩散状况；⑥以地下水为主要供水水源的地区。

浅层水监测点设置应遵循以下要求：①监测点具有较好的代表性，能够客观反映一定时空间范围内的水质变化情况和规律；②监测点的设置尽可能保证测量时间和位置上的可重复性，使监测点获得的数据具有可比性；③监测点网不要轻易变动，尽量保持单井地下水监测的连续性；④监测重点为以饮用为目的的含水层。

3.大气监测点布点原则与基本要求

在大气监测的有效范围内，重点关注的布点位置原则为：①人口居住区，村庄、工厂等；②断裂、断层位置（地面可见和不可见位置）；③地势低洼地带；④主导风向比较明显的情况下，应将下风向作为主要监测范围，布设较多的采样点，上风向布设少量点作为对照；⑤地面沉降或者地面塌陷地带；⑥数值模拟运移路径区域；⑦废弃井、油井等位置；⑧灌注井、监测井位置。

大气监测点设置应遵循以下要求：①监测点具有较好的代表性，能够客观反映一定时空范围内的环境空气污染水平和变化规律；②监测点的设置尽可能保证测量时间和位置上的可重复性，使监测点获得的数据具有可比性；③监测点的设置应尽量避免车辆尾气或其他污染源直接对监测结果产生的干扰；④采样点的周围应开阔，采样口水平线与周围建筑物高度的夹角应不大于30。；⑤考虑到CO₂的物理性质以及环境安全影响，监测和采样离地面的高度为25～150cm，重点监测25～80cm；⑥布点综合运用同心圆布点法与扇形布点法。

4.管线监测监测点布点原则与基本要求

由于管道的老化、管道断裂、腐蚀、、磨损、疲劳质量、缺陷等原因，一旦发生泄漏事故，除了影响正常的生产外，还会导致环境影响，危及管线过境地区人民生命财产安全。因此，管道沿线监测点布点原则为：①根据管线年份、类型、材料，尺寸及现状等情况，确定监测点设置；②监测点宜布置在管线的节点、转角点和变形曲率较大的部位，监测点平面间距宜为15～25m，并宜延伸至基坑以外20m；③直接监测点应设置在管线上，也可以利用阀门开关、抽气孔以及检查井等管线设备作为监测点；④人口居住区，村庄、工厂等。

管道沿线测点设置应遵循以下要求：①监测点具有较好的代表性；②监测点的设置尽可能保证测量时间和位置上的可重复性，使监测点获得的数据具有可比性；③监测点的设置应尽量避免车辆尾气或其他污染源直接对监测结果产生的干扰；④考虑到CO₂的物理性质以及环境安全影响，监测和采样离地面的高度为0.25cm～1.5m。

（三）确定监测的地理范围

监测范围应集中在CO₂羽状体的地理范围，并适当关注项目覆盖区。在这里有一点需要注意，随着CO₂的持续注入，CO₂羽状体以及项目覆盖区的范围也会随之逐渐扩大，因此监测方案中需要作出明确规定，储存项目的监测范围需要随着项目的进展以及羽状体／项目覆盖区范围的扩大而扩大。例如，美国华盛顿州在颁布的法规中对监测区域做了如下定义：“监测区域的边界是CO₂地质储存项目的边界，该边界为以下两个边界的较大者：注入活动结束100年后包含注入的95％质量CO₂的几何边界；或CO₂羽状体边缘扩张速度小于1％的边界。”

（四）确定监测的背景值

在正式注入CO₂之前，需要对重要参数进行监测，并以此作为注入后测量数据比较的基准线。在这里有一点需要注意，在确定背景值时，需要充分考虑有些参数自然波动的因素（比如大气／地表土壤／地表水中的CO₂浓度随季节的变化）.这可能需要花费数月甚至数年时间。

（五）监测频率

各种监测手段的监测频率也是需要考虑的一个问题。有些非常关键的监测手段可能需要实施得频繁一些（如井的密封性监测、盖层／储层应力监测、地下水抽样监测等），而一些次关键的监测手段（如羽状体分布监测、储层温度监测等）的实施频率可以小一些。由于CO₂地质储存项目的风险一般随时间呈现出先增后减的趋势，与此相对应，各种监测手段的实施频率也应当根据项目风险的变化而进行相应调整。另外，监测结果与模拟结果的一致性也是影响监测频率的重要因素。随着项目的进行，如果监测得到的结果与模型模拟的结果总是能够很好地吻合，则说明模型能够很好地反映实际情况，对应的监测频率就可以相应降低；而如果监测结果与模型模拟结果出现严重偏差，则说明要么是模型不准确，要么是储层中出现一些意外情况，因此需要加大监测频率，以确保安全。

CO₂地质储存对各环境要素的影响监测，其频率可参照表10-12。

表10-12 各环境要素在不同监测阶段的监测频率参照表

一般来说，所有的监测活动都需要从项目初期（CO₂注入前）开始，并一直贯穿储存项目的全程。在封井完成之后，由于仍存在一定的泄漏风险，仍然需要进行监测。不过，由于封井后CO₂泄漏的风险会随时间推移逐渐减小，因此需要进行的监测工作也会相应减少，这时就可以逐渐将某些监测活动停止，仅保留若干对项目安全性评估最关键的监测手段（如羽状体分布监测、井筒密封性监测、地下水抽样监测等），以降低监测成本。