以人类活动为主导的温室气体排放导致的全球气候变化已得到科学证实，是否应该以及如何控制温室气体排放成为热点话题。人们已经采取了一些措施来控制人为CO2的排放，如(1)通过提高利用率和转换减少能源使用(2)使用无碳或低碳能源如风能、太阳能、核能或低碳能源天然气(3)提升二氧化碳地质封存技术。碳封存包括碳的捕获和储存，即将要排放到大气中的CO2在排放点捕获并储存到深部地质介质中的过程。另外，CO2也可被树木、植被、微生物以及藻类吸收。也有研究尝试通过提高海洋中CO2的溶解的方式减排，然而，由于潜在的环境影响的不确定性，从而可行性不容乐观。　　目前，中国已超过美国，成为最大的温室气体排放国，两个国家合起来大约占全球排放量的40％（分别为21％和19％）。高排放量表明中国实施碳封存项目的紧迫性。中国政府已开始大量投资开展碳封存研究，一些示范项目如鄂尔多斯神华项目，也正在开展中以验证在咸水含水层、废弃油气藏以及煤层中开展二氧化碳地质封存的可能性。　　在目标储层开展碳封存之前需要详细的场地特征评价以论证该地质介质是否适合（即地质岩层是否含有足够的储存量和良好的注入性）以及是否有效（即地质岩层能否提供长期安全封闭能力，从而不对人类健康和环境产生负面影响）。　　注入设计也是非常重要的，以使CO2安全储存在地下而不发生泄露。　　本研究以江汉盆地潜江凹陷咸水层为例，重点研究注入前的场地特征描述以及二氧化碳封存潜力评价。咸水含水层开展碳封存的主要优点在于巨大的储存量和普存性。然而，主要缺点就是对其了解较少。　　本研究只考虑了热力学性质的变化，由于CO2注入引起的化学变化并未考虑在内。所使用的模拟软件是TOUGH2/ECO2N。　　结论主要涉及盐度对CO2注入的影响、CO2运移演化、储存风险（封闭安全和压力积累）以及储存容量几部分内容。　　1.盐度对CO2注入的影响　　以往研究主要考虑温度较低的咸水层（深度1200m温度50℃）中盐度对CO2储存的影响，本项研究主要考虑温度较高的咸水层(深度2200m深度89℃)中盐度对CO2储存的影响。为了方面研究，本部分采用一维径向均质恒速注入模型，主要是利用类似变量的优势，即系统的演变可以看做径向R与时间t的函数R2/t。另外开展了2D纵剖面模拟以研究浮力作用的影响以及毛细压和压力驱动流的相互作用。研究发现:　　(1)毛细压力作用导致盐沉淀增加;毛细压力作用使得盐沉淀增加0.841倍。　　(2)渗透率降低对气体饱和度和固体沉淀饱和度的影响不大;　　(3)重力作用对气体饱和度的分布影响很大，尤其是对于大空间尺度;当注入速率降低时，重力作用显得更为显著。　　(4)注入CO2前先注入淡水可以降低注入井附近的盐沉淀。　　采用2D模型研究毛细压、盐度以及原位条件对潜江凹陷咸水含水层中CO2注入的影响，研究发现:　　(5)高毛细压力产生高压力值，高毛细压也会降低重力隔离，产生更大的CO2羽，提高二氧化碳的溶解。　　(6)盐度的增加导致岩层水中CO2溶解度的降低。　　(7)给定的注入速率下，冷盆地和热盆地的注入压力相似，只是CO2在热盆地中的溶解量比冷盆地更多些。　　2.CO2运移　　为了调查CO2在咸水层中的运移，设计了一个包含76，832个网格单元的三维模型。由于ECO2N模拟器的效率，我们使用了一个与ECO2N功能一样的TOUGH2并行版:TOUGH2-MP。发现:　　(1)注入方法上，也就是把注射井放在地层底部，或者把注入的CO2统一分布在垂直方向，气体饱和度的空间分布并没有出现差异。　　(2)多井注入方案显示了其对气体饱和度的空间分布的不利影响，这是因为CO2注入之后一个注入点附近的气体饱和度的空间分布轮廓会受到另一个注入点的影响。　　3.储存风险　　3.1盖层安全性　　通过潜江凹陷地下岩层单井注入的数值模拟模型，示范二氧化碳引起的压力响应。本次研究的目的在于确定江汉盆地二氧化碳注入和注入后的影响范围，重点在于江汉盆地中通过低渗盖层联系的层间层间反应。为了解决这些问题，我们进行了大量的数值模拟计算。该模型包括多层含水层和弱透水层。二氧化碳注入前初始条件由江汉盆地的特性推算得出。为了得到初始条件，首先取得该地区的压力梯度，盐质量分数梯度及地温梯度，然后使用这些参数进行一个初步模拟计算以便取得初始条件。结果表明:　　(1)压力积累的特性及其程度取决于径向位置和盖层的渗透性。　　(2)潜江凹陷盖层的安全渗透率为9*10-20 m2。　　(3)假设整个垂向方向上的一个数量级的增量（解释这一现象的事实是浅层单元的压实性不如深部所以比深部单元具有更大的可压缩性）对压力的影响及其微小。这是由于最大的可压缩差异出现在最上面的一层，而这一层二氧化碳注入带来的压力变化相当的小。　　(4)降低各层一个数量级的孔隙压缩系数将引起储层更高的压力积累同时在一百年后侧向和垂向方面的影响范围更大，压力变化传递到最上部的含水层。当孔隙可压缩性降低一个数量级，压力的大小和空间分布范围将会变小。　　(5)在十公里远的地方设置一个隔层（断层），结果显示54天后该隔层给压力造成了影响，压力增加而且变得非常高。　　3.2压力积累　　在目前研究的这一部分，我们设计了一个工程装置用于控制深部咸水层二氧化碳存储压力积累，我们倡议处理提取的咸水用来生产商业用盐。我们研究了不同性质的含水层对压力积累的影响。　　(6)咸水层产量的增加会导致压力积累的减少，当生产速率增长三倍（从61.42 kg/s到184.26 kg/s），最大压力约下降了15帕。　　(7)咸水生产控制着迁移羽的方向。　　(8)压力积累取决于岩层的温度，大约一半基础模拟温度（89℃到45℃）迁移羽的最大压力增加大约35帕。　　(9)孔隙可压缩率是定义二氧化碳注入中压力变化的关键参数，孔隙可压缩性越高压力积累就越低。　　(10)引入的两个井（生产井左侧和右侧的井）增加了少量二氧化碳水平迁移距离。　　4.储存量　　目前的研究来看，江汉盆地潜江凹陷的CO2储存量主要是运用快速评估法来估算，而储存量的“真值”却是依靠在二维径向系统中模拟CO2和咸水迁移所得到。现将两者结果进行了比较，得到:　　(1)潜江凹陷的地层有效因子为0.0049（意味着在考虑潜江凹陷为一个封闭系统的前提下，该区域总孔隙体积的0.49％可以用来储存CO2），合理的空隙压缩率范围为4.5×10-9 Pa-1到4.5×10-11 Pa-1，估计总的有效因子的范围为0.02918到0.00245。　　(2)半径对压力积累有很大影响。结果显示大模型(R=100k m)不会出现压力束缚现象，而对于半径小得多的模型则会出现该现象。半径为100km的模型中，径向距离为20km的地方，其压力积累值为0.6 MPa，然而在半径为20km的模型中，其压力积累值明显偏高(5 MPa)。当考虑模型的半径为10km时，在30y注入过程结束后，其模拟出来的压力积累值不切实际的非常高，最大值达到18.56 MPa。　　(3)当盖层的渗透率在10-19 m2以下时，系统就表现为封闭，这时只有很少一部分的咸水从盖层或者基岩中逃逸。　　(4)泄露咸水与CO2储存总量体积比显示，当密封层的渗透率在10-23 m2时，该比值为0.0032，但是当密封层的渗透率在10-17 m2时，这个比值增加到0.16，意味着在CO2注入30y后其岁咸水逃逸出来的量为注入总量的16％。