南海西部东方1-1、崖城13-1和乐东等气田具有CO2含量高的特点,每年从生产出的天然气中分离出大量的CO2。为了减少CO2在大气中的排放,考虑在莺歌海地区选择合适的盐水层埋存体,拟进行CO2地质埋存示范工程。本文在对CO2盐水层封存机理及分布运移规律研究的基础上,主要以东方1-1气田在海南岛登陆的CO2为处置对象,在南海西部莺歌海附近筛选出适合埋存的目标盐水层,进行埋存方案设计。主要研究内容包括：　　 ⑴准确掌握CO2-地层水性质及相互作用规律是研究CO2盐水层封存机理和分布运移规律的基础。用于埋存的CO2气体应当具有较高的纯度,CO2溶解引起的地层水密度增大以及CO2在地层水中的扩散对于CO2在盐水层中的长期分布运移及封存过程具有重要影响,不能被忽略。总结得到的CO2-地层水性质计算模型非常具有工程实用价值,平均计算精度在5％以内。　　 ⑵从封存机理角度,以气水两相渗流方程为基础,建立了CO2盐水层埋存数学模型,并对石油行业常用的油藏数值模拟模型进行了CO2盐水层埋存模拟的适用性分析。黑油模型可用于只考虑主要封存机理的盐水层埋存研究,组分模型和热采模型可全面模拟CO2在盐水层中的各种封存机理,但组分模型在地球化学反应及组分性质的计算方面要比热采模型更具优势。　　 ⑶利用组分模型建立了CO2盐水层埋存的数值模拟模型,分析了CO2在盐水层中的分布运移规律及封存过程,重点讨论了CO2的溶解、扩散、盐水对流以及地球化学反应对CO2长期埋存的影响。研究结果表明,盐水层的储层物性及构造特征对于CO2的分布运移及封存过程具有重要影响,CO2在地层水中的溶解量与接触到地层水的多少以及流体自身的性质有很大关系:盖层的密封性主要依靠毛管力对CO2气体的封堵作用,但溶解在地层水中的CO2可以通过扩散作用进入盖层而向上迁移,通过扩散作用而泄漏的CO2很少,不会对CO2的埋存安全造成重要影响;CO2的溶解扩散可以诱发地层盐水的对流混合,对流可使CO2在地层水中的溶解量提高0.53％～55.45％;矿物封存对CO2埋存贡献的大小由具体的CO2-地层水-岩石矿物之间的相互作用过程及作用时间决定,在干净砂岩水层中,矿物封存对CO2埋存的贡献一般可以忽略,在含有大量可溶解矿物的砂岩或碳酸盐岩中,矿物封存对CO2埋存的贡献比例可达4％～23％。　　 ⑷为了在南海西部筛选得到目标埋存盐水层,建立了CO2盐水层埋存体筛选评价体系。从地质条件、技术可行性、经济可行性及社会认知度四方面考虑,建立了盐水层埋存体的优劣性评价指标,并根据CO2在盐水层中的封存机理,提出了容量系数法来计算CO2的埋存潜力。通过对在南海西部初选的6个盐水层进行优劣性分析,选择将东方1-1气田Ⅱ下气组边水层作为目标埋存盐水层,可充分利用气藏的封闭性及连通水层的巨大埋存潜力。　　 ⑸对东方1-1气田Ⅱ下气组边水层CO2埋存进行了CO2分布运移预测及埋存安全分析。结果表明,将CO2注入到Ⅱ下气组西区连通的边水层中,可保证较高的注入能力,注入的CO2具有向气藏方向安全运移的趋势,而且低压气藏及开放边界的存在非常有利于边水层压力维持在原始水平,将CO2注入到气藏边水层进行埋存是安全可靠的。　　 ⑹根据气源条件、地理环境及优选的注入方案,进行了东方1-1气田边水层CO2埋存示范工程方案设计,并进行了经济分析。气源CO2将在海南岛陆上脱水增压后,以超临界或液态形式经长距离海底管线输送至东方1-1气田中心平台,调整压力后,通过海底井口注入到边水层中。经济分析结果表明,该方案的单位埋存成本为144～171元/t CO2,基建费用中长距离海底管线所占比重最大,运行费用中脱水系统所占比重最大。