碳储深孔pH值在线监测电位漂移自动补偿研究

The geological storage of CO2 is Realistic and effective mitigation measure for greenhouse effect.In order to guarantee the safety and durability of the storage，the subsurface CO2 distribution and migration conditions,and the breakthrough for CO2 Reservoirs and cap rocks must be supervised strictly.The in suit and on-line pH value monitoring is one of the most direct and effective measures in the deep hole.Based on the research results of the scientific project of The China Geological Survey and CO2 geological storage demonstration area in Ordos,the on-line pH monitoring system for the deep strata,multilayer have been developed.The present projection will research the pressure balanced pH glass electrode selective response and dynamic response rules;the rules of potential drift will be explored from electrode aging;Taking temperature,measured liquid chemical properties,flow velocity and press as the key indexes,the electrode potential response characteristics will be investigated in the different test conditions;Based on the research results above-mentioned,the electrode potential drift automatic compensation math model will be established through adopting and perfecting BP neural networks.The intelligent instrument automatic compensation method will be researched to inhibit zero drifting induced by the circuit;The deep strata simulated experiments and field application will be carryed out to verify and perfect compensation model.Finally,the bottleneck restraint is broken down for high stability and hign accuracy pH value deep layer on-line monitoring.

二氧化碳地质封存是减缓温室效应的比较现实有效的手段，为保证封存的安全性和持久性必须对二氧化碳地下分布运移和储盖层突破情况实施严格监控。对封存深层区开展pH值原位在线监测是掌控二氧化碳地下动态最为直接、有效的手段之一。本项目是在依托中国地质调查局地质调查项目和鄂尔多斯二氧化碳地质封存示范区pH值深层位、多层、在线监测研究成果的基础上，以压力平衡pH玻璃电极为例，研究电极选择性响应和动态响应规律；探究电极老化导致电位漂移的规律；以温度、被测溶液化学性质、流速、压力等为主要考察对象，研究pH电极在不同测试条件下的电位响应特征；在上述研究的基础上，采用和优化BP神经网络，建立电极电位漂移自动补偿数学模型；研究智能仪器零点漂移自动补偿方法，抑制由电路本身引起的零点漂移；开展深层区模拟实验和野外应用，验证和完善补偿模型，突破制约高稳定度、高精度pH值深层位在线监测瓶颈。

气候变化是全球共同关注的问题，实施二氧化碳地质储存是减缓温室效应比较直接和有效的手段之一，而二氧化碳地质储存工程需要有可靠的监控手段去确保工程的安全性和持久性，能够原位实时获取深层储盖层水体中pH值的信息是掌握封存二氧化碳运移和对储盖层突破情况较为直接的手段。项目主要研究内容包括压力平衡pH玻璃电极选择性响应和动态响应规律研究；pH玻璃电极老化导致电位漂移规律研究；pH电极在不同环境影响条件下电极电位响应特征研究；智能仪器零点漂移自动补偿方法研究和电极电位漂移自动补偿方法研究等五方面内容。通过项目的实施，掌握了干扰离子对pH值监测的干扰规律和温度、压力、水流速等环境因素对pH值监测的影响规律以及pH电极随时间老化的电位漂移规律，借助BP人工神经网络建立了pH值在线监测电位漂移自动补偿方法。采用差分双路同步采集硬件电路和数字滤波软件技术构建了仪器零点智能补偿技术方法，制定了基于漂移补偿技术方法和零点智能补偿方法的pH值定量测量智能计算方法，解决制约pH值长期原位在线监测的瓶颈问题，pH值原位探测结果的偏移控制在±0.3个pH之内，实现了深部含水层pH值原位长期在线监测。同时根据研究成果对原有深部含水层多参数（水温、pH值、水压）原位自动监测仪器进行了升级完善，并在内蒙鄂尔多斯二氧化碳地质储存监测2井进行了安装运行示范，已稳定运行8个月，取得了较好的效果。项目总计发表核心期刊以上论文5篇，其中EI检索2篇，申请发明专利2项，实用新型专利3项，软件著作权1项，搭建水动态模拟实验平台1套。项目的实施不仅为深部含水层pH值的原位探测提供了解决方案，同时对深地、深海和常规pH值的长期原位在线监测具有重要的借鉴意义。