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研究生: 黃郁芳
Huang, Yu-Fang
論文名稱: 二氧化碳地質封存注儲壓力評估與加速礦化封存之研究:以鐵砧山背斜為例
Investigations of the Injection Pressure and Mineral Trapping Improvement Technologies for Geological Storage of CO2:A Case Study of Tiehchenshan Anticline
指導教授: 李德河
Li, De-He
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 118
中文關鍵詞: CO2地質封存現地應力最大容許注儲壓力礦化封存機制
外文關鍵詞: Geological storage of CO2, In-Situ stress, Maximum allowable injection pressure, Mineral Trapping
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  • 全球對於溫室氣體議題已形成共識,地下水層或油氣層所能容納的氣量非常可觀,針對CO2之封存潛能,各國均投入相關之研究開發與評估。雖然CO2地質封存被視為最有效降低CO2的方法之ㄧ,但在封存後減少CO2洩漏的可能性也是值得關注的安全議題。本研究以苗栗縣內鐵砧山背斜構造作為封存CO2之研究場址,針對構造中目標鹽水層岩石(魚藤坪砂岩)進行力學特性之研究,並針對降低CO2洩漏之問題進行研究。
    二氧化碳地質封存是將CO2以擠壓的方式灌入封閉的地質構造中,在注入過程必需將岩層中既有的流體加以壓縮或擠開,因此注入壓力必頇大於注儲層中既存液體之液壓,惟較高的注入壓力將可能引發岩層產生新的破裂或使岩層中既存的斷層產生滑動進而使封存的CO2洩漏。本研究將試驗建立之破壞準則與根據現地試驗所推算出的現地應力,評估鐵砧山構造中魚藤坪砂岩在CO2地質封存時的最大容許注儲壓力。由儲存層岩層頂部垂深之計算結果可知,當摩擦係數為0.72時之完整岩盤最大容許注儲壓力為22.57MPa;岩盤含不連續面之最大容許注儲壓力為15.75MPa。
    封存後,部份CO2溶解在鹽水層中,並與周遭岩石產生反應成礦物,使CO2更安全且穩定的封存於地下深處,但發生礦化封存機制需要較長的時間,因此本研究嘗試將岩石試體浸泡在溶液中與CO2反應之離子,使封存時能縮短產生礦化封存機制的時間,達到穩定CO2的效果。研究中發現於試體中添加離子不但能使岩石強度增強,亦能使CO2與岩石中的離子產生反應而留在岩石孔隙中,達到最穩定的狀態。

    Issues of greenhouse gas have formed a consensus all over the world, the volume of gas that underground aquifers can install is very considerable, aim at the potential of CO2 storage underground and undersea, various countries all focused related research and development and evaluation, related technologies have considerable progress. Although the geological storage of CO2 is considered one of the most effective way of reducing CO2, but how to reduce CO2 after sealing the possibility of leakage is quite noteworthy security issues. This study investigates the mechanical characteristics and reduce CO2 leakage problem on Yutengping sandstone from Tiechienshan anticline.
    Geological storage of CO2 is a way to squeeze poured into a sealed geological structures, in the injection process we must press and squeeze the original fluid in the rock layer, so pressure must be greater than the hydraulic pressure of existing fluid in reservoirs. However, high injection pressure may lead to the breakdown of rock or to generate new pre-existing faults in the existing rock slide and then to leak the storage fluid. This research will establish the failure criterion by test and according to the site test to calculate the stress, to assess the maximum allowable injection reservoir pressure of Tiechienshan anticline when Yutengping sandstone CO2 geological storage. Assessed by the regression of the results for the vertical depth of top we can see, the maximum allowable injection pressure of the integraity rock is 22.57MPa, when the friction coefficient is 0.72.
    CO2 will be dissolved after storage in saline aquifer, and react with the surrounding rock to precipitate out all kinds of minerals, to make more secure and stable CO2 sequestration in deep underground, however, mineralization generates sealed mechanism needs a longer time, so we try to add ion that can react with CO2 in rock, let sealing mechanism can shorten the time of mineralization. We learned from study that adding ions in the specimens will not only help to enhance rock strength, but can also let CO2 react with the ions in the rock and then remain in the rock pores, to achieve the most stable state.

    摘要 .. II Abstract .. III 致謝 .. V 目錄 .. VI 表目錄 .. X 圖目錄 ..XII 照片目錄 XV 第一章、緒論.. 1 1-1 研究背景 .. 1 1-2 研究動機與目的 2 1-3 研究流程 .. 3 第二章、文獻回顧 .. 5 2-1 二氧化碳對溫室效應之影響 .. 5 2-2 二氧化碳封存技術 .. 6 2-2-1 生物封存 .. 7 2-2-2 海洋封存 .. 7 2-2-3 礦化封存 .. 9 2-2-4 地質封存 ..10 2-3 二氧化碳地質封存之主要機制 ..13 2-3-1 地層或構造封存機制 ..13 2-3-2 殘餘氣封存機制 ..14 2-3-3 溶解封存機制 14 2-3-4 礦化封存機制 ..15 2-4 最大容許注儲壓力評估方法 ..16 2-4-1 破壞準則之介紹 ..17 2-4-2 鐵砧山現地應力之推估 ..20 第三章、研究場址及材料之介紹 .. 26 3-1 鐵砧山氣田構造 ..26 3-1-1 鐵砧山背斜..31 3-1-2 通霄背斜 ..31 3-2 場址主要地層介紹 ..32 3-2-1 地質封存注儲層—魚藤坪砂岩 ..33 3-2-2 地質封存蓋層—錦水頁岩 ..33 3-3 取樣地點介紹..34 3-4 材料介紹與試體制作 ..38 3-4-1 岩石基本性質介紹 ..38 3-4-2 試體製作方法 ..40 第四章、試驗儀器與方法介紹 ..43 4-1 力學試驗之設備與方法 ..43 4-1-1 消散崩解耐久性試驗 ..43 4-1-2 超音波試驗..45 4-1-3 加載系統介紹 ..47 4-1-4 單軸壓縮試驗 ..50 4-1-5 巴西張力強度試驗 ..50 4-1-6 三軸壓縮試驗 ..51 4-2 二氧化碳礦化封存機制之相關試藥與設備 ..54 4-2-1 試藥來源 ..54 4-2-2 碳化機 ..55 4-2-3 真空乾燥器..57 4-2-4 超臨界二氧化碳反應設備 ..58 4-2-5 掃瞄式電子顯微鏡 ..60 4-2-6 X射線螢光分析 ..61 4-2-7 X射線繞射分析 ..62 第五章、試驗結果與分析 .. 63 5-1 最大容許注儲壓力之評估 ..64 5-1-1 超音波試驗結果 ..64 5-1-2 岩石單軸壓縮試驗結果 ..65 5-1-3 岩石巴西張力強度試驗結果 ..66 5-1-4 岩石氣乾與飽和三軸壓縮試驗結果與分析 ..67 5-1-5 二氧化碳地質封存之最大容許注儲壓力評估 ..79 5-1-6 最大容許注儲壓力小結 ..83 5-2 加速礦化封存機制之研究 ..84 5-2-1 岩石試體浸泡之溶液 ..85 5-2-2 岩石消散耐久性試驗結果 ..87 5-2-3 岩石單軸壓縮試驗結果 ..88 5-2-4 微觀分析結果 ..99 第六章、結論與建議 .. 111 6-1 結論 .. 111 6-2 建議 .. 113 參考文獻 .. 114 自述 .. 118

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    下載圖示 校內:2016-09-02公開
    校外:2016-09-02公開
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