综述：盐水对碳捕获与封存-增强采收（CCUS-EOR）的影响以及二氧化碳项目中面临的挑战：一项涉及存储机制的综述及其未来前景

二氧化碳地质封存面临的主要挑战包括咸水层中盐度对封存效率的影响。研究指出，高盐度会降低CO?溶解度，增加矿物沉淀风险，同时影响毛细管压力和岩心渗透率。通过实验和模拟发现，盐度影响CO?-水-岩石相互作用，导致封存机制变化。未来需结合地质特性优化注入策略，并关注长期矿物沉淀和盐析问题。

　　
二氧化碳地质封存（CCUS）作为减缓气候变化的重要技术手段，其核心在于通过物理、化学和地质机制实现CO?的长期稳定储存。本文系统梳理了CO?在盐水层、枯竭油气藏及煤 seams中的封存机制、关键挑战及未来研究方向，重点探讨了盐水盐度这一常被忽视的因素对封存效能的影响。

### 一、封存机制与核心挑战
CO?封存主要依赖四类物理机制：结构封存（地质构造阻隔）、残余封存（孔隙残留）、溶解封存（CO?溶于地层水）和矿物封存（生成碳酸盐矿物）。其中，矿物封存因需数百年时间且存在矿物溶解导致渗透率下降的矛盾，成为技术突破难点。例如，超临界CO?与高盐度地层水接触时，盐析效应会显著降低CO?溶解度，而低盐度环境虽提升溶解能力，却可能加剧地层水化学失衡。

盐水盐度对封存的影响呈现双重性：一方面，高盐度（>150,000 ppm）会抑制CO?溶解和矿物沉淀，导致封存容量下降；另一方面，适度盐度（20,000-60,000 ppm）能通过增强离子交换和毛细管力提升封存效率。研究显示，当盐水盐度超过50,000 ppm时，CO?溶解度可降低30%-50%，而矿物沉淀速率下降40%-60%。

### 二、盐水层封存的特性与瓶颈
盐水层封存依赖密度差异形成稳定气水界面，但盐水盐度变化会显著改变CO?相态分布。实验表明，盐度每增加1 mol/kg（约5.26万吨/m3），CO?溶解度下降约2.5%，且盐度与矿物沉淀速率呈倒U型关系。高盐度环境下，钠、钙等离子会与CO?反应生成石膏、方解石等沉淀物，导致孔隙堵塞。例如，Bacci等通过岩芯实验发现，盐度从10,000 ppm增至60,000 ppm时，岩芯渗透率下降达76%，且盐分迁移导致局部孔隙率提升15%。

盐度还通过改变地层水化学特性影响封存稳定性。低盐度（<20,000 ppm）会增强地层水亲水性，促进CO?相分离；而高盐度（>100,000 ppm）可能引发毛细管反转，导致CO?突破封存层。Jing等模拟显示，当地层倾角从0°增至15°且盐度0.4S时，CO?气相迁移速率提升49.5%，溶解封存能力下降32%。

### 三、操作风险与防控技术
CO?封存面临多重操作风险：①盐析导致渗透率下降，需控制注入速率（建议<0.5 m3/m3·s）；②矿物溶解-沉淀循环引发力学性能退化，Young模量可降低40%-60%；③井壁腐蚀与盐结垢导致渗漏，实验室模拟显示盐沉积可使井筒渗透率提升3个数量级。解决策略包括：
- **注入优化**：采用低盐度（<20,000 ppm）注入水稀释地层水，或通过化学添加剂（如表面活性剂）调节离子强度，可提升CO?溶解度达15%-20%。
- **矿物调控**：注入碱性溶液（pH>9）加速碳酸钙沉淀，或引入纳米黏土（如蒙脱石负载量>5 wt%）增强封存层抗渗性。
- **实时监测**：利用微地震监测（精度达0.1 mm）和同位素示踪（如13C标记CO?）追踪封存动态，当盐度波动>10%时触发应急注入调整。

### 四、未来研究方向
1. **多场耦合建模**：需整合地质力学（精度达米级）、化学动力学（误差<5%）和流体力学模型，特别是要建立盐度-矿物相-渗透率的三维关系模型。
2. **低成本添加剂开发**：探索木质素磺酸盐（成本<50美元/吨）等生物基表面活性剂，其在盐度>30,000 ppm时仍能维持泡沫稳定性。
3. **智能封存系统**：应用机器学习（如随机森林算法预测毛细管压力误差<2%）优化注入策略，结合数字孪生技术实现封存层实时健康评估。

### 五、技术经济性突破
当前CCUS项目经济性受制于：①化学添加剂成本（>20美元/吨CO?）；②监测系统投资（>500万美元/项目）。通过以下创新可降低成本30%-50%：
- **CO?-Enhanced Foam（CEF）技术**：在低渗透层（<10 mD）注入含0.1%表面活性剂的CO?，泡沫体积膨胀可达30倍，封存容量提升5倍。
- **纳米地质屏障**：将纳米二氧化硅（粒径<50 nm）注入封存层，形成表面能梯度（接触角变化>15°），可提升封存层抗渗性达2个数量级。
- **跨学科协同创新**：建立涵盖地质、化工、材料工程的跨学科研发平台，将研发周期从15年压缩至5年。

### 六、政策与工程实践
国际能源署（IEA）数据显示，若全球CCUS设施在2050年前达每年5亿吨规模，需新建300个封存项目。关键成功要素包括：
1. **选址科学化**：优选盐度稳定（年波动<5%）、渗透率>5 mD、矿物活性指数>0.8的地层。
2. **工程标准化**：制定《CO?封存盐水处理技术规范》（ISO 21423:2025），规定注入水盐度波动范围（±10%）。
3. **风险管控**：建立封存层安全系数（Ks>10）的评估体系，要求每个封存单元配备3套独立监测系统。

该技术体系已在挪威Sleipner盐层封存场验证，累计封存CO?达1000万吨，泄漏率<0.01%/年。最新研究表明，通过盐度梯度控制（顶部盐度25,000 ppm，底部盐度45,000 ppm），可提升封存容量达40%，且抑制盐结垢风险。