案例研究
碳捕集利用与封存（CCUS）已成为全球减少温室气体排放的一项基本操作，其中最令人担忧的是捕集的二氧化碳长期封存所带来的环境风险。任何密封破损和泄漏都可能抵消捕集和封存二氧化碳排放所带来的初期环境效益。
壳牌的 Quest 碳捕集与封存（CCS）设施位于阿尔伯塔省萨斯喀彻温堡附近，于 2015 年 8 月开始注入二氧化碳。二氧化碳被注入地下约两千米深处的深层含盐含水层--基底寒武纪砂岩（BCS）中。
作为该项目的一部分，ESG 于 2014 年在一口观测井中安装了由 8 个三轴地震检波器（15 HZ）组成的井下阵列，用于监测与二氧化碳封存相关的微震活动（Harvey、O'Brien、Minisini、Oates、Braim，2021 年）。为了最大限度地覆盖该区域，该阵列安装在相关区域的中部，也就是 3 个注入井的中央。Quest 区域被认为是一个极其安静的构造位置，因此，在项目期间，储藏综合体内的微震活动被评估为对密封性的低风险。
成果与展望
在对 Quest 设施与二氧化碳注入有关的微震活动进行监测的 7 年中，发现了一定数量的微震事件（超过 500 次），并对这些事件进行了深入分析，以更好地了解地震的性质和分布情况。
可探测到的微地震事件的矩震级在-1.9 到 +1 兆瓦之间，平均为-0.8 兆瓦。在每个注水井半径 10 千米范围内未观察到主导趋势（图 3）。
已经确定了许多事件群，这些事件群既靠近注入井，也远离注入井。在最初几年的监测中，还不清楚观测到的远场活动是否与二氧化碳作业有关。不过，通过评估油气田微地震数据的长期趋势，可以发现所产生的地震与大范围的应力变化之间存在关联。这些事件的空间分布有助于我们了解储层周围的流体迁移和应力传递，从而深入了解注入的二氧化碳的行为。
图 4 显示了地震活动随时间的分布情况，突出表明第一年没有观测到地震活动。此外，震级分布还表明了在项目中使用正确传感器配置的重要性，如井下阵列加地面传感器。由于较大震级事件的数量增加，平均震级随时间推移而增加。这表明正在发生更大的应力积聚和释放，可能导致破坏规模的地震。
从 Quest 和其他长期注入行动中得出的结论
- 预计会发生地震（包括储层内和基底内的地震）。
- Seismicity is contained within the basement, with no large magnitude events detected so far (Mw<1), showing no indication of compromising the storage seal.
- 二氧化碳和相关压力前沿的迁移比最初想象的要远得多。
- 长期地震监测是了解储层响应和长期降低与 CCUS 运营相关的风险的关键因素。
- 强烈建议使用 ESG 的 HybridTM 解决方案（地面地震监测站和井下地震检波器阵列）来监测与作业相关的各种地震活动。它将在大范围内提供检测和精确度。
- 将光纤和/或 ESG 的电磁成像技术相结合，可以直观地看到二氧化碳羽流的延伸，并测量随时间变化的应变，这有助于正确解释观测到的地震。
- 在注水前确定地震基线将有助于区分天然地震和诱发地震。
参考资料
Harvey, S.、O'Brien, S.、Minisini, S.、Oates, S.、Braim,M.2021."Quest CCS Facility：微地震系统监控与观测"。第 15 届温室气体控制技术国际会议，GHGT-15。
