01 CCS與CCUS概述
碳捕獲與封存（CCS, Carbon Capture and Storage）以及再此基礎上提出的碳捕集、利用與儲存（CCUS, Carbon Capture Utilization and Storage）是直接從燃煤電廠或其他工業(yè)過程中捕獲二氧化碳（CO2）氣體的過程。其主要目標是防止二氧化碳進入地球大氣層，使過量的溫室氣體的影響進一步惡化。捕集的二氧化碳被運輸并封存在地下地質構造中。
與CCS相比，CCUS技術多了“利用”的過程，即可以將二氧化碳資源化，具體來說就是把排放的二氧化碳進行提純捕獲后，將其作為一種副產(chǎn)品，視為原輔材料投入到其他新的生產(chǎn)過程中，實現(xiàn)循環(huán)再利用，從而產(chǎn)生經(jīng)濟效益，讓這項技術更具有現(xiàn)實操作性。因此，CCUS技術相比CCS技術更獲得青睞。但也有學者認為兩者沒有本質的差別。
02 我國CCS/CCUS技術發(fā)展現(xiàn)狀
西方發(fā)達國家對CCUS技術的研究較早。早在1972年，第一個CO2-EOR大型CCS項目就已在得克薩斯州SharonRidge油田開始運營。國際社會上日益重視CCUS技術的規(guī)劃、研發(fā)與應用，美國、英國、澳大利亞、加拿大等國家不僅將CCUS視為推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整和優(yōu)化的重大減排技術，更瞄準該技術未來的市場效益。
2006年4~5月，在北京香山會議第276次、第 279次學術討論上，與會專家提出碳捕集、利用與封存（CCUS）概念，國家層面也逐漸對CCUS 技術重視。
《中國應對氣候變化科技專項行動》
《國家“十二五”科學和技術發(fā)展規(guī)劃》
《“十二五”國家碳捕集利用與封存科技發(fā)展專項規(guī)劃》
《關于推動碳捕集、利用和封存試驗示范的通知》
《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃（2016~2030 年）》
03 碳捕集與碳運輸技術
碳捕集技術目前大體上分作三種：
燃燒前捕集：以IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)）技術為基礎，先將煤炭氣化成清潔氣體能源，不進入燃燒過程。需要專門的IGCC電站。
燃燒后捕集：對煙氣中的CO2進行捕集，可以直接應用于傳統(tǒng)電廠，這項技術主要有化學吸收法、物理吸附法、膜分離法、化學鏈分離法等。
富氧燃燒捕集：又稱氧氣、二氧化碳燃燒技術或空氣分離、煙氣再循環(huán)技術，可同時應用于新建和已投產(chǎn)的發(fā)電廠、化工廠等。
碳運輸技術
捕集后的碳需要運輸至封存地或資源利用的地方，因此CCUS技術也包含了運輸技術。運輸技術主要包括管道、船舶、鐵路和公路等方式。當前國內(nèi)CO2陸路車載運輸和內(nèi)陸船舶運輸已進入商業(yè)應用階段，主要應用于規(guī)模10萬噸/年以下的運輸。而管道輸送具有規(guī)模應用的優(yōu)勢。我國借鑒油氣管輸經(jīng)驗，已開展了低壓CO2運輸工程應用，高壓、低溫和超臨界CO2處于研究階段。
04 碳捕集和碳存儲設施的智能監(jiān)測方案
OptaSense CCS （碳捕集與封存）服務
主要用于：
現(xiàn)場表征期間的地質和儲層評估。
繪制整個設施壽命期間的CO2羽流遷移圖。
確定多區(qū)完井的CO2注入速率分布。
監(jiān)測注入階段的微震活動。
確保良好的安全性和存儲完整性。
基于DAS技術CCS監(jiān)測系統(tǒng)硬件
傳感光纖電纜
單模光纖電纜，應根據(jù)OptaSense關于電纜選擇和安裝的建議進行選取。
處理單元
高可靠性性能計算，應使用OptaSense專有的算法檢測器對原始數(shù)據(jù)進行處理。
詢問單元
OptaSense®機架式安裝單元，利用分布式聲傳感技術監(jiān)測相連的光纖。
操作人員工作站
為外部系統(tǒng)提供用戶界面顯示、音頻輸出及多種用戶自定義數(shù)據(jù)輸出選項和接口。
基于DAS技術CCS監(jiān)測系統(tǒng)軟件
OptaSense 公司一直在為石油和天然氣行業(yè)提供基于光纖的分布式聲學、振動、應變和溫度傳感數(shù)據(jù)。
OptaSense DxS Browser 可視化軟件
DxS Browser 軟件的高級處理功能允許用戶分析信號的光譜內(nèi)容，并生成用于解釋的頻帶提取（FBE）數(shù)據(jù)?？梢允褂?DxS Browser 軟件通道分析儀和頻譜圖查看器檢查分布式傳感數(shù)據(jù)集的寬帶特性，覆蓋從接近靜態(tài)到大于 100 kHz 的范圍。
我們先進的分布式傳感數(shù)據(jù)管理能夠有效利用計算資源，從而實現(xiàn)大多數(shù)現(xiàn)代個人計算機都能完成的處理。處理功能允許將原始傳感器數(shù)據(jù)簡化為可以有效顯示的形式。（非光學背景用戶友好）DxS Browser軟件功能還允許各種分布式傳感流的空間參考。通過將各種設備（如閥門、管道接頭、穿孔和任何其他已知信號源）引用到特定的傳感器通道或通道集，用戶可以可視化特定的設備響應。
05 OptaSense CCS監(jiān)測主要功能
CO2羽流分布高分辨率繪制
常年布設的DAS VSP設備通過三口井監(jiān)測加拿大西部設施的CO2羽流遷移進展情況：
可重復光纖傳感技術具有隨時間跟蹤CO2羽流的靈敏度。
寬帶數(shù)據(jù)允許成像工具提供地下的清晰圖像。
高分辨率DAS VSP成像提供CO2儲存區(qū)域的三維幾何結構。
低HSE暴露性和油井中的永久監(jiān)測光纖電纜降低了總體運行和監(jiān)測成本。
超高分辨率4D VSP碳存儲監(jiān)測
DAS & DTS 碳驅替水力壓裂監(jiān)測
1.5m分辨率的DAS能夠分析垂直井中間距較窄的射孔叢，并對叢周圍的流態(tài)進行更詳細的分析。
使用安裝在裸眼完井管柱外部的光纖，DAS能夠深入了解裸眼處理過程。下圖屏幕截圖顯示了通過滑套完井管柱進行的五種不同處理。在DAS采集的早期進行，該數(shù)據(jù)識別封隔器故障，并有助于確定裂縫起始。
DAS監(jiān)測數(shù)據(jù)可以作為壓裂模型的關鍵修正依據(jù)。下圖是未考慮DAS數(shù)據(jù)的修訂前Gohfer模型。在此，使用DAS對同一模型進行了修正，估計的支撐劑濃度區(qū)域存在顯著差異。
碳運輸管道獨有4-模式泄漏監(jiān)測
NPP（負壓脈沖）
這一特征會在在主要擾動事件中立即產(chǎn)生，并在被測物內(nèi)以極快的速度在兩個方向傳播：信號與被測物相耦合，并由連續(xù)的外部光纖進行接收。這通常是我們最敏感的檢測模式，也是一種相當獨特的信號。
OFN（事件噪聲）
這一特征會在在擾動事件中立即產(chǎn)生。小的擾動事件只會產(chǎn)生非常小的聲學成分，因此需要光纖電纜盡量靠近被測物。
環(huán)境應變 ES（被測物變形）
對于大型擾動或變形事件，會立即觸發(fā)警報。對于小擾動或變形，在事件效應到達光纖之前不會發(fā)出警報。這段時間的長短取決于光纖電纜的偏移量和方向。
DTGS（分布式溫度梯度傳感）
警報需要擾動事件（或溫度效應）到達光纖，而且通常在延遲一段時間后才會出現(xiàn)。這段時間取決于電纜的偏移量、被測物條件和方向。
06 OptaSense CCS監(jiān)測實例
殼牌石油加拿大艾伯塔省Quest碳存儲監(jiān)測項目
自2011年以來，OptaSense為各種客戶獲取并分析了碳捕獲和儲存現(xiàn)場數(shù)據(jù)。在許多情況下，跟蹤地下CO2羽流的大小至關重要，以確保隨著時間的推移實現(xiàn)較理想的碳儲存。
CO2注入是沿著部署在鉆孔中的光纜測量的，提供按深度注入的氣體量。隨著時間的推移，OptaSense 的延時 2D/3D/VSP地震采集和處理技術可以可靠地跟蹤地下CO2羽流體積和氣驅運動。
殼牌位于阿爾伯塔省薩斯喀徹溫堡的QUEST 碳捕獲和儲存設施。
分布式光纖聲波傳感技術（DAS）應用于 CCS 監(jiān)測的優(yōu)勢：
現(xiàn)場表征期間的地質和儲層評估；
繪制設施壽命期內(nèi) CO2 羽流遷移圖；
確定多區(qū)完井井的 CO2 注入速率分布；
在所有項目階段監(jiān)測誘發(fā)地震活動；
確保油井和儲存的完整性。
操作員能夠監(jiān)測儲存設施內(nèi)CO2羽流的傳播情況。來自各種 DAS 年份的信息展示了一種可重復的技術，可以成功跟蹤儲層中的微小變化。他們能夠用分布式傳感數(shù)據(jù)驗證其存儲模型，表明這些設施可以在未來幾年內(nèi)得到有效和安全的監(jiān)測。通過在井中或表面使用光纖，操作員能夠避免在惡劣的井中環(huán)境下其他傳感儀器的高維護成本。
2020年7月，運營商依托此方案實現(xiàn)了一個里程碑式的運營效果：在五年內(nèi)注入500萬噸CO2，在原計劃的基礎上節(jié)約了35%。
每個VSP測線中2015年基線和2016年監(jiān)測器之間振幅差的最小曲率插值，代表了注入6個月后對 CO2存在的地震響應的地圖視圖（Bacci、O'Brien、Frank和Anderson，在Quest CCS項目中使用DAS時移VSP進行CO2羽流監(jiān)測，CSEG記錄器，2017年4月，第21頁）。
如果您對碳捕集和碳存儲設施的智能監(jiān)測方案有興趣，請聯(lián)系歐美大地。
