研究封存在儲層的二氧化碳通過與儲層接觸的井筒泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，是評價(jià)二氧化碳地質(zhì)封存環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的核心問題，也是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。開發(fā)可量化二氧化碳通過井筒泄漏量的風(fēng)險(xiǎn)評估體系，對二氧化碳通過井筒泄漏的可能性及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)十分必要。本書主要包括腐蝕研究基本理論與表征方法、二氧化碳地質(zhì)利用與封存涉及的腐蝕及其危害、地上管路及設(shè)備腐蝕控制及監(jiān)測技術(shù)、二氧化碳地質(zhì)利用與封存井的井筒腐蝕控制及監(jiān)測技術(shù)、腐蝕控制與監(jiān)測技術(shù)在二氧化碳地質(zhì)利用與封存工程中的應(yīng)用等內(nèi)容。
本書深入探討了二氧化碳地質(zhì)利用與封存工程中可能涉及的各類腐蝕問題,系統(tǒng)分析了腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理、影響腐蝕速率的因素和腐蝕對工程安全的影響,介紹了高壓高濃度二氧化碳腐蝕表征的常用方法、腐蝕速率高靈敏度監(jiān)測技術(shù)和腐蝕破壞高效防護(hù)技術(shù)。本書還討論分析了腐蝕監(jiān)測與防護(hù)技術(shù)在二氧化碳地質(zhì)利用與封存工程中的應(yīng)用實(shí)例。本書可以作為從事 CCUS研發(fā)創(chuàng)新工作的機(jī)構(gòu)和科研人員的參考用書。
隨著全球氣候變化問題的日益嚴(yán)峻,二氧化碳的減排和處置已成為科學(xué)研究的重要領(lǐng)域。其中,二氧化碳地質(zhì)利用與封存技術(shù)以其巨大的潛力和獨(dú)特的優(yōu)勢,逐漸成為全球氣候治理的重要手段。本書旨在系統(tǒng)地介紹二氧化碳地質(zhì)利用與封存工程中涉及的腐蝕表征、監(jiān)測與控制方面的理論和實(shí)踐,為相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供參考和借鑒。
本書首先對二氧化碳地質(zhì)利用與封存技術(shù)的發(fā)展背景和現(xiàn)狀進(jìn)行概述闡述其重要的戰(zhàn)略意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。接著,針對二氧化碳地質(zhì)利用與封存工程中的腐蝕問題,從材料腐蝕、化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕等多個(gè)角度進(jìn)行深入分析和研究,探討各種腐蝕現(xiàn)象的機(jī)理、影響因素及相應(yīng)的控制措施。在腐蝕表征方面,本書詳細(xì)介紹了各種現(xiàn)代測試技術(shù),如掃描電子顯微鏡(SEM)透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)等,以及相應(yīng)的分析方法和技術(shù),如電化學(xué)測試、化學(xué)分析、表面分析等。上述技術(shù)可為描述和預(yù)測材料的腐蝕行為提供強(qiáng)有力的支持。在腐蝕監(jiān)測方面,本書著重介紹了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測技術(shù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)。其中,實(shí)時(shí)在線監(jiān)測技術(shù)包括電化學(xué)監(jiān)測、光學(xué)監(jiān)測、聲學(xué)監(jiān)測等,可對腐蝕過程進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和數(shù)據(jù)采集;遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)則借助現(xiàn)代傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)對腐蝕過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。這些技術(shù)的應(yīng)用將有助于提高二氧化碳地質(zhì)利用與封存工程的安全性和可靠性。在腐蝕控制方面,本書詳細(xì)介紹了防腐蝕材料的選擇和應(yīng)用、表面處理技術(shù)、緩蝕劑添加技術(shù)等。針對二氧化碳地質(zhì)利用與封存工程中的不同環(huán)節(jié)和需求,提出了相應(yīng)的防腐蝕控制措施和方法,為減緩材料腐蝕、延長設(shè)備使用壽命提供有效途徑。
此外,本書還對二氧化碳地質(zhì)利用與封存工程中的典型案例進(jìn)行了分析和介紹,這些案例涵蓋了各種類型的腐蝕問題及其相應(yīng)的解決方案。這些案例不僅具有很強(qiáng)的實(shí)用性,而且有助于讀者更好地理解和掌握二氧化碳地質(zhì)利用與封存工程中腐蝕表征、監(jiān)測與控制方面的知識和技能。
本書的撰寫力求科學(xué)性、系統(tǒng)性、實(shí)用性和前瞻性相統(tǒng)一,旨在為從事二氧化碳地質(zhì)利用與封存工程研究的學(xué)者、工程師和技術(shù)人員提供一本實(shí)用的參考書籍。希望通過本書的出版,能夠促進(jìn)二氧化碳地質(zhì)利用與封存技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用,為全球氣候治理和環(huán)境保護(hù)做出貢獻(xiàn)。
本書編寫人員分工如下:1章:張力為、付曉娟、尹悅、王燕;第2章:陸詩建、王翰文;第 3 章: 向勇、辜濤、閆偉、劉思楠;第4章:向勇、薛泉;第5章:辜濤、梅開元、程小偉、付曉娟、尹悅、張力為;第6章:甘滿光、張力為。
本書在撰寫的過程中,得到了許多專家學(xué)者和同行的熱情支持和幫助在此,作者表示衷心的感謝。同時(shí),也要感謝出版社的編輯們給予的大力支持和耐心指導(dǎo)。
由于編者水平有限,書中難免存在不足之處,敬請廣大讀者批評指正
編 者
2024年2月
于中國科學(xué)院
武漢巖土力學(xué)研究所
張力為，男，研究員、博士生導(dǎo)師，國家海外高層次人才項(xiàng)目入選者。2008年本科畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程系，2010年在美國杜克大學(xué)獲得土木與環(huán)境工程碩士學(xué)位，2013年在美國卡耐基梅隆大學(xué)獲得土木與環(huán)境工程博士學(xué)位，2013-2017年在美國國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究工作。2017年5月入選海外高層次人才項(xiàng)目，2017年8月入職中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所，任研究員。致力于二氧化碳地質(zhì)利用與封存的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下水泥、套管等地下構(gòu)筑物的腐蝕、化學(xué)反應(yīng)-流體力學(xué)耦合過程的數(shù)值模擬等方面的研究工作。已主編專著1部、參編專著4部，主編學(xué)會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)1部、參編1部，發(fā)表或接收學(xué)術(shù)論文近80篇，其中在國際知名期刊發(fā)表/接收SCI論文近50篇，授權(quán)發(fā)明專利2項(xiàng)、實(shí)審10余項(xiàng)。張力為研究員目前擔(dān)任國際多孔介質(zhì)協(xié)會（InterPore）中國分會常委、中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會氣候變化分會委員、中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會青年工作委員會理事會委員、《Advances in Geo-Energy Research》和《水利水電技術(shù)》期刊青年編委等職務(wù)。
目錄
1章 緒論
1.1 溫室效應(yīng)和 CO?地質(zhì)利用與封存技術(shù)簡述
1.2 CO?減排和推廣 CO?地質(zhì)利用與封存技術(shù)的緊迫性
1.3 CO?地質(zhì)利用與封存面臨的腐蝕問題概述
1.3.1 CO?對金屬的腐蝕
1.3.2 CO?對水泥的腐蝕
1.4 本章小結(jié)
第2章腐蝕研究基本理論與表征方法
2.1腐蝕研究基本理論
2.1.1 金屬腐蝕理論
2.1.2 水泥腐蝕理論
2.2腐蝕速率的影響因素
2.2.1 CO?分壓的影響
2.2.2溫度的影響
2.2.3流體的影響
2.2.4雜質(zhì)的影響
2.3腐蝕表征技術(shù)
2.3.1 金屬腐蝕表征技術(shù)
2.3.2 水泥腐蝕表征技術(shù)
2.4 本章小結(jié)
第3章 CO?地質(zhì)利用與封存涉及的腐蝕問題及其危害
3.1 地上管路與設(shè)備腐蝕
3.1.1 地上管路腐蝕及其危害
3.1.2 地上 CO?運(yùn)輸、注入設(shè)備的腐蝕及其危害
3.2 CO?地質(zhì)利用與封存井的井筒腐蝕
3.2.1 井簡腐蝕及其危害
3.2.2 固井水泥石腐蝕及其危害
3.3 本章小結(jié)
第4章 CO?運(yùn)輸管路腐蝕控制技術(shù)
4.1 耐 CO?腐蝕合金材料
4.2 耐 CO?腐蝕涂鍍層技術(shù)
4.3 耐 CO?腐蝕高效緩蝕劑
4.4 本章小結(jié)
第5章 CO?地質(zhì)利用與封存井的并筒腐蝕監(jiān)測與控制技術(shù)
5.1 CO?地質(zhì)利用與封存井的井筒油套管腐蝕監(jiān)測與控制技術(shù)
5.1.1 井筒油套管 CO?腐蝕監(jiān)測方法
5.1.2 井簡油套管 CO?腐蝕防護(hù)技術(shù)
5.2 CO?地質(zhì)利用與封存井的固井水泥腐蝕監(jiān)測與控制技術(shù)
5.2.1 井筒固井水泥 CO?腐蝕監(jiān)測方法
5.2.2 井簡固井水泥 CO?腐蝕控制技術(shù)
5.3 本章小結(jié)
第6章 腐蝕監(jiān)測與控制技術(shù)在 CO?地質(zhì)利用與封存工程中的應(yīng)用
6.1 全球 CO?地質(zhì)利用與封存工程現(xiàn)狀
6.2 CO?地質(zhì)利用與封存項(xiàng)目腐蝕監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用案例
6.2.1 地上管路腐蝕監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用
6.2.2 地面儲運(yùn)、注入設(shè)備腐蝕監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用
6.2.3 腐蝕環(huán)境下的井簡密封性監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用
6.3 CO?地質(zhì)利用與封存項(xiàng)目防腐工藝應(yīng)用案例
6.3.1 地上管路防腐工藝應(yīng)用
6.3.2 地面儲運(yùn)、注入設(shè)備防腐工藝應(yīng)用
6.3.3井簡防腐工藝應(yīng)用
6.4 本章小結(jié)
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