海洋CO2地質封存研究進展與發展趨勢

趙金洲 鄭建超 任 嵐 林 然 周 博

（1. 西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川 成都 610500；2. 油氣藏地質及開發工程全國重點實驗室，四川 成都 610500；3. 天府永興實驗室，四川 成都 610213）

0 引 言

CO2捕集、利用和封存（CCUS）是中國實現“雙碳”目標的重大需求和關鍵核心技術，也是全球研究的熱點，全球目前共有270 多個CCUS 研究項目［1］，CO2地質封存是其中的關鍵環節，CO2地質封存分為陸域封存和海域封存，而海域封存是今后重要的研究方向。近年來，許多國家均已開展了CO2海洋封存相關研究與商業示范。世界上第1 個CO2海洋封存商業項目Sleipner 于1996 年在挪威北海投入運行，項目啟動以來已經在水層中注入了超過2 000×104t 的CO2，封存至今已有20 多年未發生泄漏，證實了CO2長期海洋封存的可行性［2］。

中國沿海地區工業發達、碳源豐富，近海盆地具有良好的儲蓋層物性和圈閉特征［3］，具備海上封存的適宜性條件。2023 年1 月中國地質調查局首次發布中國海域CO2地質封存預測潛力達2.58×1012t，海上CO2地質封存潛力巨大。2021 年8 月，中國海洋石油集團有限公司（簡稱中海油）在珠江口盆地恩平15-1 油田群啟動了中國首個海上CO2封存示范工程（海碳封存），已成功研發出海上平臺CO2捕集、處理、注入、封存和監測的全套技術裝備體系。因此，海上CO2地質封存是應對中國濱海發達地區溫室氣體排放的重要舉措，是實現“碳達峰、碳中和”目標不可或缺的關鍵技術［4］。

本文基于國內外海洋CO2地質封存的相關代表性研究工作以及示范項目案例，綜合分析了國內外海洋CO2地質封存發展歷程，系統梳理了國內外海洋CO2地質封存理論的研究現狀，并對CO2在井筒流動、產生相變與傳熱、地質封存CO2流體運移與儲層物性參數展布規律、海洋地質封存機制及封存潛力、地質封存蓋層完整性及安全性評估進行了系統分析，提出了未來中國近海CO2海洋封存發展趨勢，以期為中國海上CO2地質封存的快速開展提供參考與指導。

1 國內外海洋CO2地質封存發展歷程

CO2海洋封存分為2 類：一類是海洋水體封存，即在海水中和海床上進行封存（如海底CO2湖等）；另一類是海洋地質封存，是在海底地質結構層中進行封存［5］（圖1）。海洋CO2地質封存是將CO2通過海上注入平臺充注到海底800~3 000 m 的深層地質結構體中（主要是咸水層和枯竭油氣藏），CO2由于深海地層中蓋層封閉、溶解、束縛、吸附、礦化等過程而被捕獲，從而達到封存目的。與陸域封存相比，海洋地質封存遠離居民區，除巖石蓋層外，表層更有海水的壓力和阻隔，系統風險性大大降低，具有不占用土地、對人類生命安全和健康影響風險小等優勢［6］。全球海上CO2封存目前處于蓬勃發展階段，已開展封存先驅實驗，部分發達國家已進行全流程商業示范項目（表1），取得了較好的成效，驗證了CO2海洋封存的可行性。中國CO2海洋封存項目開展較晚，2008 年原國家海洋局啟動“中國CO2海底封存能力評估與風險控制技術預研究”項目，開展了沿海地區CO2大型固定排放源調查、CO2海底儲存區域及容量研究、海底封存泄漏風險評估等工作；2010 年啟動了中英合作項目“廣東省CO2捕集與封存可行性研究”，探討廣東省開展CCUS 的必要性、可能性及成本效益等問題；2021 年8 月，中海油啟動的珠江口盆地恩平15-1海上CO2封存示范項目將油氣田伴生CO2分離后注入埋深較淺的咸水層，規劃注入量可達30×104t/a，投產后將為中國海上CO2封存探索一條新路，也為未來推動“岸碳入海封存”做好全面技術準備；2023 年1 月簽署的《在中國大亞灣地區開發和運營碳捕集、利用與封存項目聯合研究協議》正式啟動了中國首個海上千萬噸級CCUS 集群示范項目的聯合研究工作。

表1 國外海洋CO2地質封存典型項目Table 1 Typical marine CO2 geological storage projects abroad

圖1 海洋CO2封存示意Fig. 1 Schematic of marine CO2 storage

2 海洋CO2地質封存理論研究進展及存在的問題

海洋CO2封存的概念在20 世紀70 年代由C.Marchetti［7］首次提出，但海洋封存的研究直到20 世紀90 年代才真正開始；F.M.orr［8］對近海岸海洋地質封存方法進行了詳細介紹；2021 年，蔡博峰等［9］在中國CO2捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2021）中闡述了CO2捕集、輸送、利用與封存技術的國內外發展水平（圖2）。

圖2 國內外CCUS技術發展水平(據文獻[9]修改)Fig. 2 Development level of CCUS technology in China and abroad（modified from reference[9]）

2.1 井筒流動、相變與傳熱

注入到海底的CO2會經過2 階段：一是通過海上注入平臺注入到海底泥線處，此階段井筒始終處于海水中，而海水中的溫度會隨著深度的增加而逐漸下降，這與地溫梯度的變化相反，CO2從井口以低溫注入，由于其初始溫度低于海水溫度，CO2在下降的過程中不斷吸收海水中的熱量，但其增加幅度隨著靠近海底而減小，直至到達海底泥線處；二是從海底泥線處注入到海底800~3 000 m 的深層地質結構體中，由于此階段井筒處在地層中，溫度壓力變化同陸上保持一致，隨著深度的增加，井筒中的溫度和壓力不斷增大，井筒內CO2相態和流動狀態隨之發生變化。因此準確預測井內溫度與壓力是研究井筒中CO2流動與相變的關鍵基礎。在早期的鉆采工程中，井筒壓力和溫度模型是相對獨立的，隨著計算能力的飛速發展，發展了一系列的井筒流動與傳熱耦合模型［10］。

然而，對于海洋CO2地質封存工程來講，井筒內的流體介質主要是CO2以及CO2-鹽水等混合物，CO2在井筒流動過程中，其相態以及熱物性參數是壓力與溫度的函數（圖3），隨著井筒深度不斷變化［11］；井筒外部既包括地層環境還存在海水環境，而井筒在海水環境中的溫度梯度與地層條件的溫度梯度變化截然不同，所以針對油氣田領域中所涉及石油、天然氣、水等常規流體介質而發展的傳統井筒流動與傳熱模型并不能準確地預測出CO2注入井的溫度和壓力分布。因此，需要進一步研究在海洋條件下井筒及儲層CO2的流動與傳熱過程，進而預測井下CO2相態轉變，這將有助于優化井口注入參數，確保CO2封存效率和工程場地的安全性。

圖3 CO2流體相態變化Fig. 3 Variation of CO2 fluid phase

考慮到海洋CO2地質封存工程對于安全性的特殊要求，必須基于不同狀態的CO2熱物性參數計算，發展專門適用于CO2流體特性的井筒流動與傳熱模型。在這方面已經有許多國外學者做出了研究，其中Span-Wagner 模型［12］和Vesovic 模型［13］的應用最為廣泛。通過采用數值方法耦合求解描述流體運移的質量方程、動量方程以及能量方程，發展出了研究CO2及其混合物流動行為的數值程序［11］；同時考慮到漂移模型能較好地描述復雜滲流的物理現象，提出了描述CO2-鹽水兩相瞬時流動的數值井筒流動與傳熱模型，并將其編譯成數值模擬器T2Well［14］。另外，國外學者發展了一系列CO2井筒流動與傳熱模型［15-18］，并在工程應用與驗證方面作出了一定的貢獻。

國內研究者采用Span-Wagner 模型計算CO2密度、比熱容，采用Vesovic 模型計算CO2黏度和導熱系數，根據傳熱學和垂直管流理論、流體動力學，建立了井筒溫度壓力耦合模型［19-24］，得到CO2從氣態或液態轉變到超臨界態過程中其物性參數呈連續性變化的結論，并通過該模型進行耦合計算和分析井筒傳熱規律［25］。在CO2封存過程中，考慮到井筒中流體摩擦生熱、軸向傳熱以及井壁圍巖的溫度變化對流場的影響［26］，建立了考慮熱源項的CO2井筒流動解析模型，實現了井深和徑向方向的雙重耦合數值求解［27］。在海洋CO2封存過程中，由于海洋井筒外界環境復雜，通過對井筒中流場壓力參數、溫度參數與CO2物性參數的耦合計算與分析，明晰了海洋井筒中CO2流動規律［28］；建立了深水井筒中多相流控制方程，能夠對深水作業過程中井筒流動規律進行模擬［29］；通過模擬深海條件以及利用“模擬深水井筒氣液兩相流傳熱系統”進行了管內氣液兩相流傳熱規律實驗，得出了不同流型的傳熱方程計算式并建立了深水井井筒傳熱模型［30］。在CO2泡沫壓裂研究中，考慮CO2可壓縮性以及井筒壓力傳遞特性，并通過體積平均法將支撐劑固相與CO2泡沫耦合，建立了CO2壓裂井筒流動換熱和儲層熱-流-固耦合的數學模型，以鄂爾多斯盆地神木氣田致密砂巖氣藏SH52 井為例，對CO2注入―壓裂―返排的全過程CO2相態特征進行模擬［31］，與現場實測溫度數據對比誤差較小，具有一定的可靠性。

目前國內外已經有許多學者開展了對CO2陸地井筒與注常規流體的深水井筒等方面的研究，但對注CO2深水井筒流動規律方面的研究尚未開展，相比于陸地井來說，深水井筒外界環境溫度變化更加復雜，因此準確建立注CO2流體深水井筒流動和傳熱模型，探明CO2在井筒中的相態及熱物性參數變化將會為海洋CO2地質封存的成功開展提供更多的理論支持。

2.2 地質封存CO2流體運移與儲層物性參數展布規律

CO2通過海上注入平臺充注到海底800~3 000 m 的深層地質結構體中，其封存儲層主要是咸水層和枯竭油氣藏，CO2在封存儲層中的流動比較復雜（圖4），同海底儲層孔隙水、巖石體系間的物理化學作用會影響儲層物性。因此明確儲層物性展布規律與CO2運移規律響應關系是明晰CO2地質封存過程中超臨界CO2運移及封存的研究基礎，揭示CO2運移規律與井筒、儲層之間的熱-流-化-力耦合關系成為研究CO2地質封存機制的關鍵，對儲層封存潛力評估及CO2封存安全性評價有著顯著意義。國內外專家學者對儲層流體運移與儲層物性參數展布規律開展了大量研究。

圖4 CO2在儲層中流動示意Fig. 4 Schematic flow of CO2 in reservoirs

國外對于封存儲層CO2流體運移與儲層物性參數研究早于中國，B.Bennion 等［32］首先探究了在砂巖地層開展CO2地質封存的可行性。隨后有學者研究了咸水層中CO2封存運移規律，發現當CO2注儲于咸水層中，由于密度差和注入壓力的作用會向上遷移，密度較小的CO2將會向上運移，大量聚集在蓋層之下，形成圈閉空間進而將CO2儲存起來。如果海底發生地質災害或地殼運動導致咸水層蓋層發生裂隙，CO2將發生局部泄漏，透過裂隙向上運移。由于海底平面和海底深部咸水層中間的沉積物層中構成了CO2水合物生成的有利空間和環境條件，形成了不可滲透或超低滲透的水合物蓋層，從而阻擋了泄漏的CO2進一步向上運移，實現CO2的二次阻隔［33-35］。K.Z.House 等［36］通過理論分析認為影響CO2運移的因素主要是：①流體運移與注入過程產生的壓力梯度；②液態CO2和咸水層流體間因密度差引起的浮力；③在咸水層中溶解、礦化或水合物的形成對孔隙的“阻塞”等。同時，也有學者通過進一步研究滲透率和毛細管壓力等地層物性參數對CO2運移的影響［37-38］，并結合CT 掃描技術，闡述了巖石非均質性及注入速率對儲層中CO2飽和度的影響［39］。

國外的大量研究結果表明［40-46］，儲層溫度、壓力、孔隙度、滲透率、鹽水礦化度等儲層物性參數對探究CO2在儲層分布情況及儲層內部CO2運移機制有顯著意義。在海洋CO2地質封存工程中，掌握CO2運移狀態是判定儲層封存潛力和封存穩定性的前提。隨著碳捕集、碳封存技術的發展，國外在CO2運移監測方面主要采用地球物理技術監測技術手段?；诰g地震層析成像、測井和原位流體監測等數據，分別從微觀和宏觀尺度研究了CO2運移規律及分布特征［47-48］，并利用可控源大地音頻電磁法分析了CO2運移監測的靈敏性［49］。也有學者基于四維地震監測資料，利用歷史擬合方法以及黑箱模型研究了CO2的運移規律［50］。

國內對于地質封存CO2流體運移與儲層物性參數展布的研究，主要集中在多相復雜流體運移規律及相態轉化機理方面。針對CO2在儲層當中的相態變化及空間展布規律開展了廣泛研究，構建了高精度CO2流體相態變化特征預測模型，在理論上支撐了CO2地質封存施工及優化設計［51-53］。W.F.Pu等［54-62］深入研究了CO2封存輔助提高采收率（CO2-EOR）技術機制，其研究結果系統性地探討了井筒及儲層中超臨界CO2與油水的耦合關系及運移機理，并評估了向特定儲層注入CO2的可行性。國內許多學者分別從宏觀和微觀角度分析了不同因素對CO2埋存及運移規律的影響，明晰了儲層中氣-水兩相運移特征的重要參數及超臨界CO2埋存潛力與不同韻律剖面模型的響應關系［63-65］。

為了進一步揭示儲層中CO2運移機理及展布規律，Y.Tang 等［66］考慮到CO2埋存過程中CO2與地層水及巖石的相互作用，結合巖石礦物質量、表面微觀形貌、地層水溶液pH、毛細管壓力等因素，建立CO2擴散滲流模型［67］。同時，相關學者結合CO2埋存過程中儲層流體運移特性申報了多項發明專利，對CO2地質封存過程中流型流態監測及運移規律的工程實測逐漸增多。

2.3 海洋地質封存機制及封存潛力

海洋CO2地質封存機制和封存潛力是海洋封存研究的核心問題之一，中國海域地殼穩定性好、沉積盆地分布廣、地層厚度大、構造地層圈閉多，具備封存CO2的良好地質條件。相對陸上碳封存而言，中國的海洋地質碳封存研究仍以碳封存潛力評估為主（不同地區封存量如表2 所示），對于海洋地質封存機制研究較少，因此圍繞典型海底儲層條件下構造封存、殘余氣（束縛）封存、溶解封存、礦物封存等不同CO2封存機制（圖5）及儲層封存潛力問題進行深入研究，對于海洋CO2地質封存增效封存方法的建立具有重要的牽引作用。

表2 中國近海盆地封存潛力評估[1]Table 2 Assessment of storage potential of offshore basins in China[1]

圖5 常見CO2封存機制Fig. 5 Common CO2 storage mechanisms

國外對海洋CO2封存機制及封存潛力的研究可以追溯到20 世紀。1996 年，挪威北海投運了世界上第1 個CO2海洋封存商業項目Sleipner，項目啟動以來，已經向水層中注入了逾2 000×104t 的CO2，封存至今20 多年均未發生泄漏，證實了CO2長期海洋封存可行性。隨后，愈來愈多的學者投入到海洋CO2封存的研究，F.M.Orr［8］對近海岸海洋地質封存方法及相應機制進行了詳細介紹。S.Bachu［68］論證了加拿大咸水層CO2封存的機制，評估了CO2封存效率和安全性，并給出了CO2封存量的計算方法。經過大量實驗和數值研究，國外學者發現阻礙CO2地質封存技術順利實施的因素很多，技術上主要包括對潛在CO2封存區的適宜性、封存機制和封存能力評估上的認識不足［69-71］。在評價潛在CO2封存區的適宜性時，需要對不同封存機制的微觀捕獲機理和封存作用時間十分清楚［71-73］。同時，儲層封存能力的評估與封存量、注入能力、注入時間等眾多參數相關，其中封存量的確定至關重要［74］。

從封存機制角度來看，不同機制考慮的儲層性質參數不同，故可承載的封存量也不同；同時不同地質體中的主要封存機制存在差異，CO2封存量的計算方法也有所不同，CO2地質封存量分為理論封存量、有效封存量、實際封存量和匹配封存量4 個層次［75］，各層次封存量對應不同的工作階段。根據對各類技術和封存機理的認識，現階段提出了4種封存量計算方法［76-79］：①基于物質平衡計算理論，在碳封存領導人論壇上給出了咸水層、枯竭油氣藏和不可開采煤層的CO2潛力封存量計算公式；②基于有效儲集空間與儲層條件下的CO2密度，美國能源部提出了利用油氣藏孔隙體積結合存儲效率因子計算封存量公式；③利用CO2的溶解機制估算咸水中的CO2理論儲存能力的計算方法；④考慮CO2深部地層中的封存量受多種機制共同影響的一種注水開發油藏的CO2理論封存量計算方法。

國內對于海洋CO2封存機制及封存潛力的研究起步相對較晚，早期的研究主要集中在CO2-EOR（圖6）過程中的CO2-地層流體-巖石相互作用機制［80-81］。近年來，在環境保護和“雙碳”目標的要求下，中國開始高度重視CCUS 技術研究和相關項目的建設，對CO2不同封存機理的研究及封存潛力的評估逐漸增多［82-84］。針對封存潛力評估，2008年，原國家海洋局發起了“中國CO2海底封存能力評估與風險控制技術預研究”重點公益性項目，通過對中國CO2海底封存區域安全性及封存潛力研究、海底地質封存潛在泄露風險監測、海底CO2實驗性封存，綜合評估中國CO2海底地質封存潛力，規劃海洋碳封存區域，為國家實施CO2海底地質封存提供戰略決策依據和必要的管理技術儲備。

圖6 CO2-EOR示意Fig. 6 Schematic diagram of CO2-EOR

研究發現，中國近岸分布著11 個大型沉積盆地，封存總容量約為25 000×108t，具有開展CO2海底地質封存的良好條件。同時，建立了海底CO2地質封存規劃基礎資料空間矢量數據庫和適合中國國情的近海CO2地質封存潛力評價方法，并根據適宜封存級別及封存潛力大小繪制海底CO2封存區域規劃圖，提出了中國開展海底CO2封存的戰略建議［85］。針對封存機理研究，許多學者不僅對咸水層、枯竭或開采后期的油氣藏和不能開采的煤層進行構造、殘余氣、溶解、礦化、吸附等封存機制及封存潛力開展研究［86-90］，還在玄武巖CO2封存、水合物法CO2封存等前沿研究領域取得了大量的研究進展［91-93］。

2.4 地質封存蓋層完整性及安全性評估

將大量CO2持續注入地質封存體內會引發一定范圍內的壓力傳播、流體運移現象，在此過程中CO2將與環境中的部分礦物發生化學反應，進而改變巖石孔隙結構，影響封存儲層的力學穩定性，引發CO2泄漏（圖7）、地表隆起變形、地震等安全性問題。為了實現長期、有效的CO2埋存，對CO2注入后封存儲層力學及安全性評估開展了研究。

圖7 咸水層CO2封存機制及蓋層CO2泄漏示意Fig. 7 Schematic diagram of mechanism of CO2 storage in saline aquifer and CO2 leakage in caprock

國外在CO2地質封存儲層力學及安全性評估方面起步較早，開展了相關的CO2封存工程，并在已開展的CO2封存項目中監測到了地表隆起、地震等現象［94-95］。相關理論認識及工程應用均早于中國。在對長期封存的認識方面，國外的研究集中于對蓋層穩定性的分析，認為要保證CO2穩定封存不逸散，關鍵在于正確評價蓋層力學完整性。國外學者對CO2注入引起蓋層完整性的變化進行了大量力學方面的研究，形成了CO2泄漏和擴散數學模型，對CO2地質封存的儲、蓋層變形屈服過程及穩定性有更加深刻的認識［96-99］。同時，在CO2封存壓力分析及安全監測技術方面的研究更成體系。對已開展的Sleipner、Weyburn 等CO2地質埋存示范工程中均開展了四維地震研究［100］。

國內的研究集中于對CO2注入過程中的參數動變規律研究，通過實驗及數值模擬手段對CO2注入過程中巖石力學強度變化、蓋層力學完整性、孔隙壓力和地層應力的時空分布等問題總結了相關規律［101-103］。部分學者開展了滲流研究和超臨界CO2壓裂煤巖、頁巖儲層等的裂紋擴展、延伸機理研究，在儲層壓裂及儲層損傷評價方面取得了一定認識［104］。在安全性評價方面，部分研究對咸水層CO2封存過程中的地質力學響應進行了預測，提出了羽化流、泄漏斷層的滲流數學模型及流動特征診斷方法，對影響封存安全性的主要因素進行了敏感性分析［105］。也有研究以某油田的CO2驅油項目為背景，分析了儲層中發生泄漏可能性的影響，還分別提出了監測CO2泄漏的相關監測系統及評價方法［106］。

2.5 海洋CO2地質封存理論研究存在的問題

綜合海洋CO2地質封存理論研究現狀，認識到國內外海洋CO2地質封存存在4 個方面的問題：

（1）國內外現有CO2井筒流動與傳熱模型以穩態溫-壓耦合計算為主，多數模型將CO2的物性參數視為常數，對于CO2地質封存工程而言，目前尚無可靠的CO2深水井筒非穩態流動與傳熱耦合模型，也缺乏與封存地質結構體溫壓及物性參數動態耦合的研究。

（2）現階段大多數研究集中在某單一因素對儲層多相流體復雜運移的影響，未充分考慮流體、溫度、壓力等多因素耦合作用，缺乏超臨界CO2與地層流體、巖石長期相互作用的運移機制和CO2封存可靠性系統性研究。CO2封存過程中地質結構體流體運移和溫度、壓力、孔隙度、滲透率、飽和度等參數演化規律是研究的重點和發展方向。

（3）國內外研究對不同CO2封存機制的適用范圍和相互耦合作用關系認識不清，導致理論封存量與實際封存量之間存在較大差異。目前CO2地質封存容量主要根據實驗條件、地質條件等采用理論計算方式確定，其評價指標及分析方法尚無統一標準和原則。需要深入研究封存機制，進一步評估目標靶區封存潛力，探明不同封存機制對封存量的影響，探索可用的CO2儲層增效封存方法并評價其適應性。

（4）對于地質封存儲層力學及安全性評估研究，國內外已取得部分研究成果但尚未形成完整的評價體系。在CO2封存的地質結構體屈服變形過程及上覆層（蓋層）力學穩定性等方面缺乏系統性研究，相關監測手段局限性較大，難以反映真實情況，需要構建多維度CO2地質封存環境監測評估體系。

3 中國海洋CO2地質封存發展趨勢

中國現有CO2地質封存研究成果大多只適用于陸地且處于科研攻關和示范階段，在安全性、高效性、環保性等方面還有諸多不足。關于中國海洋CO2地質封存的未來發展主要包括3 個方面：

（1）海底地質結構中CO2注入過程多相態轉化、溶解、捕獲傳質特征及動力學特性認識不足，目前尚無可靠的海洋井筒非穩態流動與傳熱耦合模型來模擬CO2注入過程井筒管流特征和相變機理。亟需開展在海洋環境下CO2注入井內熱量傳遞特性、流體流動規律、CO2物性參數與井筒溫壓耦合關系研究，建立CO2注入井井筒非穩態溫壓耦合數學模型和CO2注入井筒-地質構造體耦合流動分析方法，揭示海洋地質構造體CO2注入過程多相態轉化、溶解、礦化、捕獲傳質規律及動態遷移機理。

（2）對海洋封存機制及不同封存機制之間的相互作用機理尚不明確，相關基礎研究存在空白。需要結合物理模擬和數值模擬，研究不同封存機制的理論有效封存量，闡明CO2封存量主控因素；研究CO2封存機制及其耦合作用，探明地質封存過程中相態轉化、傳熱及流體運移特性，揭示海洋CO2地質封存機制。

（3）缺乏海洋CO2增效封存方法，尚未建立完整的海洋CO2地質封存技術體系和封存方案。通過開展CO2地質封存空間可塑性評價，揭示不同注入參數對地質構造體物性的影響規律，明確CO2封存效率的主控因素，探索增效封存方法，形成適用于中國海洋CO2封存大規模高效注入和增效封存新技術。

4 結 論

（1）中國目前對海底地質結構中CO2注入過程多相態轉化、溶解、捕獲傳質特征及動力學特性認識方面的研究不足，缺乏專門針對海底封存CO2的深水井筒流動規律方面的研究，對中國海洋封存機制及不同封存機制之間的相互作用對封存量的影響尚不明確，對CO2封存的地質結構體屈服變形過程及上覆層（蓋層）力學穩定性等方面缺乏系統性研究，嚴重影響到中國海洋CO2地質封存的工程實施和現場推廣應用。

（2）中國未來應開展海洋CO2動態地質封存空間重構機制研究，解決地質封存相態轉化及流體動態遷移機理等關鍵科學問題，包括開展CO2注入井內熱量傳遞特性、流體流動規律、CO2物性參數與井筒溫壓耦合關系研究，建立海洋CO2注入井井筒非穩態溫壓耦合數學模型，揭示海洋地質構造體CO2注入過程多相態轉化、溶解、礦化、捕獲傳質規律及動態遷移機理；結合物理模擬和數值模擬，研究不同封存機制的理論有效封存量，闡明CO2封存量主控因素；研究CO2封存機制及其耦合作用，揭示海洋CO2地質封存機制相互作用機理；開展CO2地質封存空間可塑性評價，揭示不同注入參數對地質構造體物性的影響規律，明確CO2封存效率的主控因素，形成適用于中國海洋地質封存CO2高效注入和增效封存方法，助推中國“雙碳”目標達成。