摘要：拟开展的研究“建模盐水含水层和枯竭油藏中的CO₂封存，以评估堪萨斯州中南部奥扎克高原含水层系统区域CO₂封存潜力”聚焦于堪萨斯州中南部古生代的奥扎克高原含水层系统（OPAS）。本项目的主要研究者为Saibal Bhattacharya和W. Lynn Watney，二人均隶属于堪萨斯州地质调查局（KGS）（堪萨斯大学，劳伦斯市）。OPAS由厚且深埋的阿尔巴克勒盐水含水层组及上覆富含油气储层的密西西比纪碳酸盐岩组成。阿尔巴克勒组由多孔白云质碳酸盐岩与夹层黏土隔水层构成。堪萨斯州中南部的OPAS因深度（>3500英尺）、厚度（>800英尺）以及被区域盖层——查塔努加页岩（厚度≈50英尺）与浅层淡水含水层隔离，非常适合在深层盐水含水层中进行超临界CO₂封存。密西西比纪碳酸盐岩之上还覆盖有宾夕法尼亚纪下统页岩盖层（厚度数十英尺）。堪萨斯州中南部的OPAS位于多个主要CO₂排放源的中心位置。显著的CO₂驱油（CO₂-EOR）示范将激励油田运营商考虑为枯竭油藏注入CO₂所需的基础设施建设。这些基础设施也可用于底层阿尔巴克勒组盐水含水层的商业规模CO₂封存。
基于现场压力和温度下盐水中静态CO₂溶解度估算，堪萨斯州阿尔巴克勒组的CO₂封存容量估计在11亿至38亿吨之间。然而，注入的CO₂及其在盐水中的溶解度会引发动态的现场对流，这种对流在背景含水层流速的辅助下，将深层未饱和盐水带至新区域，从而增加CO₂封存量。盐水含水层中还可额外封存大量CO₂作为残余气饱和度，并通过长期矿物化封存更多CO₂。除阿尔巴克勒组盐水含水层的封存容量外，密西西比纪韦尔灵顿油田估计可封存约2500万吨CO₂，这凸显了评估堪萨斯州这一大型CO₂汇封存潜力的重要性和紧迫性。
拟开展的研究由KGS、堪萨斯州立大学、BEREXCO公司、Bittersweet Energy公司（威奇托，堪萨斯州）合作进行，重点研究堪萨斯州萨姆纳县的韦尔灵顿油田，整合地震、地质和工程方法，评估密西西比纪砂岩储层中混相CO₂驱油和三次采油潜力，以及底层阿尔巴克勒组盐水含水层的CO₂封存潜力。拟开展的研究还将构建堪萨斯州中南部17±个县（以锡达基盆地为中心）更大范围的阿尔巴克勒组（盐水）含水层地质模型，并估算区域CO₂封存潜力。核心科学主题是理解地层内部结构、构造变形和成岩作用的地质基础，并评估它们对流动单元、盖层完整性、含水层储存以及储层区室和流动屏障识别的作用。将在韦尔灵顿油田开展10平方英里的三维地震调查，并钻探两口新井（钻至前寒武纪基底）。将分析包括高分辨率重力/磁测在内的地球物理数据，以表征从基底到上覆地层的裂缝/断层和区室。新井之一将从密西西比纪盖层钻至基底，并进行特殊岩心分析以确定岩相特异性岩石物理性质。两口井中都将进行现代测井（包括CMR和FMI）。将测试高注入性层以确定含水层/隔水层特异性地球化学性质。最终，将在CMG-GEM中进行储层模拟研究，以确定含水层中的CO₂注入性、溶液中封存的CO₂量、残余气饱和度和矿物沉淀物。这将评估注入导致压力升高时的密封完整性、地球化学反应引起的密封孔隙度变化，并估算注入CO₂的泄漏比例（作为注入量的分数）。将进行短期和长期模拟，以量化游离相CO₂、其分布及消散时间，理解羽流增长、其影响范围和衰减（在多个隔水层和背景含水层流存在的情况下），以及与断层带接触时的运移。将使用FEHM模拟器进行详细的风险分析研究，以估算现有井中水泥退化导致的CO₂泄漏（注入量分数）。成功完成这一“即插即用”项目将使商业利益与封存可行性汇聚，从而在中西部建立新的“绿色”CO₂封存产业。
