专题赢咖娱乐登录网址研究

  中地数媒(北京)科技文化有限责任公司奉行创新高效、以人为本的企业文化,坚持内容融合技术,创新驱动发展的经营方针,以高端培训、技术研发和知识服务为发展方向,旨在完成出版转型、媒体融合的重要使命

  适宜规模化CO2地质封存的储层应具备如下基本条件:相互连通的孔隙度大、渗透率高,储层条件下CO2的密度足够大以确保经济可行性;储层灌注能力足够大以避免灌注过程中地层压力过高(Doughty et al.,2008)。Bachu(2003)提出了一套储层选取原则,主要考虑盆地特征、储层特征以及社会经济等因素。具体选取原则、方法和步骤如下。

  (1)盆地特征:包括盆地类型、构造背景、水动力条件、地温体系、盆地资源和成熟度等。

  盆地类型和构造背景:适用于CO2封存的储层应处在构造相对稳定的区域,避免因构造活动导致CO2逸散出来。较为有利的盆地类型是内陆克拉通盆地、前缘盆地和被动大陆边缘盆地。

  水动力条件和地温体系:为有效封存CO2,降低风险,盆地流体体系应该处于深部且为区域规模,受地形变化或剥蚀反弹驱动。另外,冷盆比热盆更利于封存,因为冷盆地表温度和地温梯度都较低,这样CO2在相对较浅的深度就可具有较高的密度。

  盆地资源和成熟度:查明盆地内是否存在油气或矿产资源和开发利用程度。比较理想的情况是盆地曾富含油气且基本开采枯竭,这表明盆地储层物性好,并且发育有封存所需的盖层和地质圈闭,同时钻探资料丰富,施工基础设施条件相对较好。

  地质特征:断层、断裂和不整合等构造可能构成CO2向上运移的通道而泄漏地表,不利于封存。地层有一定角度倾斜可增加残余气封存,减少可动CO2含量,利于封存。另外地层倾斜可加强垂向运移,缩短最大水平运移距离(Hesse et al.,2006)。

  盖层封堵性:储层上覆盖层必须是不(或低)渗透低孔隙度的地层,以阻止CO2垂向运移,使其长期稳定封存于储层内(Bentham and Kirby,2005)。因此,需要查明盖层的性质,寻找有效的储盖层组合,确保CO2地质封存的安全性。

  储层深度:理想的储层埋藏深度,即可使CO2处于超临界状态的深度为800m以下,在此条件下CO2具有液体的密度,可以大量封存,同时又能像气体一样运移。

  另外,要求孔隙度和渗透率较大,CO2容易灌注且可大量封存。储层流体性质和岩石矿物成分也直接影响着CO2的地质封存。如储层盐度较低时,CO2溶解度较高(APEC,2005)。

  (3)社会经济因素:从封存安全性和有效性上讲,所选储层应符合法律要求并被公众认可和接受。第一,避免与矿产资源开发和地下水利用等发生冲突;第二,不危及生命安全,即不会给人类和动、植物造成伤害,CO2在封存期不发生泄漏(BachuS,2003)。

  CO2封存的经济成本受多种因素影响,包括盆地所处位置(海上或陆地)、气候条件、CO2运输距离和灌注深度等。温和的气候条件、良好的基础设施和近碳源的内陆中等深度储层是节约成本的理想选择(Bachu S,2003;Gibson-Poole et al.,2007)。

  通常选取储层时,需要进行谨慎的筛选和精细的地质特征描述。初步筛选时,需要评价盆地的适宜性并识别出可选储层。这一过程需要了解储层的地质背景,根据相关信息资料大致确定某些重要的储层特征参数,如储层体积大小、地下埋藏深度、孔隙度和渗透率等,为数值模拟提供必要的参数。同时运用常规油藏描述的研究方法,如对地质图、地球物理勘探、测井解释、岩心分析和压裂试验等资料的分析利用为储盖层筛选提供地质依据。

  初步确定可选储层后,利用所建立的数值模型对各储层分别按照不同的灌注方案(给定速度、给定压力等)进行灌注能力模拟,掌握CO2在储层内的扩散速度、运动状态和各种状态的相互变化过程,计算单层封存量,优化灌注方案。

  根据单个储层灌注能力的模拟计算,对比各储层的最大灌注能力及封存量,确定具有最大单井灌注能力和单层封存量的储层以及对应的灌注方案,同时还要考虑CO2在储层中径向和垂向运移速度,以优选出封存量最大、安全性最好的储层。

  通过对单井灌注能力的模拟,计算在给定灌注量的前提下所需灌注井的数量。通过数值模拟对多井布井方案进行优化,使它们既能完成目标封存量,又不出现井间互相干扰。

  封存场地地层的各向异性决定了灌注的CO2在储层中的各个方向上运移扩散速度不同。为了使监测井在预定的时间点能够监测到CO2的扩散情况,可以利用数值模拟技术对CO2扩散羽进行模拟预测,根据不同时间、不同方向扩散距离合理布置监测井。

  采用给定灌注速率和给定灌注压力两种方式,对CO2封存场地各储层进行单层CO2灌注模拟,比较各储层在不同的灌注方式下CO2的扩散、运移情况,计算灌注能力和CO2穿透上覆盖层的时间等,对储层的封存能力和盖层的安全性进行评估。

  在单层灌注模拟的基础上,结合其他可选储层进行多层统注模拟分析。灌注试验时,从底部储层开始射孔灌注,依次向上增加,直至所有的可选储层全部射开,灌注方式分别采用给定灌注速率和给定压力灌注。计算CO2的灌注能力,优选储层组合。

  广泛,上覆青山口组超高压烃源泥岩,并有断层与其沟通疏导,具有得天独厚的油气成藏条件(图3-11)。

  中下白垩统泉头组的第三、第四段是深部咸水层和产油层位,平均厚度约50m,埋深约1200m。由于长山热电厂位于该油田附近,因此,该区域有可能成为CO2地质封存目标靶区。下白垩统夹杂了沉积于湖泊三角洲环境中的页岩、泥岩和砂岩(Huang et al.,2004),页岩和泥岩构成的盖层有利于CO2地质封存的安全性,故以下白垩统泉头组的第三、第四段中的砂岩为数值模拟的储层。

  为了预测CO2在储层中的扩散运移和不同CO2捕集方式之间量的转化情况,以及矿物捕集发生的时间和主要的固碳矿物等问题,数值模拟时利用更加详尽的建模区相关数据进一步丰富地质概念模型,针对CO2地质封存过程中的关键问题进行数值模拟。为了准确地计算CO2被不同捕集方式捕集的量和它们之间的转化情况,在模拟过程中设定以固定速率方式灌注。

  提取相关地层岩性的典型特征和具有代表性的参数,将建模区概化为一圆柱形、厚度为50m的均质二维砂岩体系的地质模型(图3-12)。在垂向上划分为5个模拟储层,每一储层厚度10m。水平方向上距离为10km,划分为50个径向网格,总共剖分为250个单元格。

  灌注井附近为关键区域,剖分分辨率为0.2m,最外单元格设为具有无穷大体积的一类边界。CO2在底部灌注,注入的储层厚度为10m。CO2灌注速率为31.7kg/s(100×104t/a),灌注时间为100a,模拟时间为1 000a。模拟时采用多相流体和反应地球化学软件TOUGHREACT来进行模拟研究。

  储层结构概化为以砂岩为主的均质多孔介质。岩石物理属性如孔隙度、渗透率来自于实验室测量和搜集得到的数据。

  另外一些模型参数如毛细压力和相对渗透率等参数见表3-21(Wei Zhang et al.,2007)。垂向上压力分布采用静水重力平衡方法,重力系数取9.81。平衡后获得的顶层压力为12MPa,底层压力为12.9MPa。

  储层储集岩矿物组成来自松辽盆地碎屑岩地层的岩矿分析成果(Wei Zhang et al.,2007)(表3-22)。因钠长石比钙长石不容易风化,在Audigane等的模型中(Audigane et al.,2007),斜长石的组成尚不确定。因此,本示例模拟时采用纯的钠长石来代替斜长石。

  低温时,硅土的溶解受玉髓控制而不是石英(Pearce et al.,1996)。所以,玉髓被列为次生矿物。本示例模拟考虑到了灌注的CO2与围岩矿物发生化学反应时,可能产生的几乎所有的碳酸盐。这些碳酸盐的动力学参数和热力学参数参考现有的模拟研究以及室内试验和现场观测(Watson et al.,1994;Steefel et al.,1994)。

  模型区深层地下水主要为NaHCO3型水。矿化度介于7 000~10 000mg/L之间。氯化物是重要的阴离子(浓度超过4 000mg/L)。在进行模拟反应前,首先进行水-岩地球化学模拟,通过平衡0.17M(mol/kg H2O)的氯化钠溶液生成类似于典型卤水成分,经合理的模拟时间来获得基本稳定的水相化学成分(表3-23)。

  表3-22 模型中松辽盆地砂岩原生矿物初始体积分数及可能产生的次生矿物(体积分数为零)

  表3-23中的Iron包括Fe2+、Fe3+以及相关的化合物;Carbon指含C的物质总和;Sulfur是指含硫的组分总和。

  有些矿物反应速度很快是受平衡控制的,如方解石。而其他矿物的反应则是受动力学常数控制的,矿物溶解和沉淀的速度采用式(3-6)计算(Steefel et al.,1994):

  式中:m为第m种矿物;rm为溶解/沉淀速度(正值表示溶解,负值表示沉淀);km为与温度有关的速度常数,mol/m2·s;Am为比表面积;Km为每摩尔矿物与水反应的平衡常数;Qm为反应熵;αH+为H+活度;μ、v为由实验所确定的两个正参数。

  对于很多矿物的速度常数k(T)可以用式(3-7)计算(Palandri et al.,2004):

  式中:nu、H和OH分别为中性、酸性和碱性机制;Ea为活化能;k25为在25℃的速度常数;R为气体常数,8.31J/(mol·K);T为绝对温度;α为反应活度。

  涉及的矿物的溶解沉淀动力学参数取自搜集的数据(表3-24,Lasaga,1995)。

  (1)超临界CO2扩散与液相溶解:图3-13显示了CO2饱和度在不同时间随空间分布情况。CO2灌注以后,超临界CO2从灌注井向储层扩散。灌注100年时,CO2两相区域已经扩散到径向距离4 000m左右(图3-13(a))。停止灌注后,CO2继续扩散,500年时CO2两相区域已经扩散到径向距离4 500m左右(图3-13(c)),1000年时扩散到5000m(图3-13(d))左右。从扩散速度来看,在灌注期间扩散得较快,年平均为40m;而停止灌注后,超临界CO2运移速度较慢,1 000年时年平均速度为1.111m。

  图3-14为灌注的CO2被三种捕集方式捕集的量随时间变化曲线。可以看出在灌注期间CO2以气体(超临界态CO2,为方便称为“气体” CO2)的方式捕集的量最多。随着时间的演化,气体捕集的量减少,溶解于水相和矿物捕集的量逐渐增加。1 000年时,以气体的方式捕集的量为578×108kg,溶解于水相的量为222×108kg,矿物捕集量达到了200×108kg。虽然以矿物捕集的量最少,但是这些被捕集而固定下来的CO2可以被长时间地固定在深部地层中。本示例中,导致矿物捕集量较少的主要原因是因为模拟时,把斜长石用纯的钠长石来代替,因此,模拟得出的矿物捕集量是一个最保守的估计。

  因超临界CO2的密度相对于咸水含水层中的地下水的密度较小,超临界CO2在沿着径向扩散的同时,受浮力作用,在储层中向上扩散(图3-12)。随着CO2的扩散,溶解于水相的CO2的量迅速增加。因超临界CO2溶于周围地下水而使该区域地下水的密度增加,在重力作用下,向下运动的CO2与在浮力作用下上升的CO2形成对流。此时,形成的混合物因密度大于咸水而开始下沉;随着溶解了CO2的咸水下沉而纯粹的咸水上浮,进一步增加了CO2的溶解量,也扩大了与CO2接触的咸水区域,从而扩大了CO2展布的面积,但尚不能使其均匀地分布于整个储层中(Hassanzadeh et al.,2007)。

  随着地下水中CO2浓度的增加,地下水pH值逐渐降低。CO2灌注50年后,pH值在灌注井附近到达到3.1。随着酸度增加,如方解石等矿物与CO2发生化学反应而溶解,消耗水中的H+与CO2,使pH的变化得以缓冲。停止灌注后消耗掉的CO2得不到及时补充,使得地下水的pH缓慢升高,在100年时pH值达到5.5左右(图3-15a),1000年以后达到6.0左右(图3-15b)。

  )、白云石[CaMg(CO3)2]、菱镁矿(MgCO3)、菱铁矿(FeCO3)、片钠铝石[NaAlCO3(OH)2]和铁白云石[CaMg0.3Fe0.7(CO3)2](表3-22)等含碳酸盐矿物。从图3-16 可以看出,在灌注期间即模拟的前50年内矿物捕集CO2的量几乎为零,当模拟时间超过80年以后才出现了极少量的矿物捕集。随着时间的推移,矿物的捕集量随之增加,100年时出现了少量的矿物捕集(图3-16a)。到1 000年时达到最大,单位体积储层介质可捕获4.37kg的CO2(图3-16b)。

  图3-17 显示,铁白云石体积丰度变化在模拟时间内均为正值,说明此期间内铁白云石一直沉淀。模拟显示对CO2矿物封存起到主要作用的是铁白云石。菱镁矿100年内没有出现沉淀,大约500年时出现了少量的沉淀,1000年时体积分数产生的变化为10-5数量级,捕集量甚小,不能作为主要固定CO2的矿物。片钠铝石是在高CO

  分压和富含钠铝硅酸盐溶液的条件下形成的,生成温度为25~100℃,形成于碱性流体、中性流体和弱酸性流体环境(曲希玉等,2008)。在本示例模拟过程中,灌注井附近CO2的分压没有超过180.0bar,且均呈强酸性,因此结果中没有显示片钠铝石沉淀。在模拟时间内,周围地下水环境的pH值较低,方解石一直处于溶解状态,没有产生沉淀。同时也没有发现白云石产生。5.主要结论以松辽盆地下白垩统泉头组的第三、第四段中的砂岩作为CO

  (1)CO2不同的捕集形式随着时间的变化而变化。灌注期间,大部分CO2以超临界形态存在于储层中,随时间增长,溶解于水中的CO

  的量逐渐增加。停止灌注后,气体捕集量逐渐减少。由于CO2与水两相混合区的扩散、迁移和饱含CO2的地下水与非饱和地下水之间的对流混合,溶解于水的CO2显著增加,矿物捕集量随着时间的演化而增加。图3-16 单位体积储层介质捕获CO2

  图3-17 铁白云石500年(a)和1000年(b)时体积丰度空间分布图

  。停止灌注后,CO2得不到及时补充,地下水的pH值有所增加。方解石一直处于溶解状态,同时没有发现白云石产生。菱镁矿发生沉淀时间较晚,且数量级较小,不能作为主要的固碳矿物;菱铁矿先产生沉淀后又全部溶解,不是稳定的固碳矿物,不能作为长期固定CO2。模拟过程中由于CO2分压过低以及储层环境偏酸性等原因没有出现片钠铝石沉淀。CO2矿物捕集过程中的主要固碳矿物为铁白云石。模拟显示,储层矿物捕集CO2的能力可以达到4.37kg/m3。矿物捕集能力和原生矿物组分有关,如斜长石中钙的含量高,矿物的捕集量就高。如绿泥石含量高,矿物的捕集量就高。(三)场地封存潜力及安全性评价1.场地地质概况

  据已有资料,本节重点研究盆地北部西部斜坡区、中央凹陷区和东南隆起区3个二级构造单元,包括西部超覆带、康泰隆起、龙虎泡阶地、齐家-古龙凹陷、大庆长恒、三肇凹陷、朝阳沟阶地、长春岭背斜和宾县凹陷等三级构造单元(图3-18)。

  松辽盆地总体属湖泊-河流相沉积,岩性以砂岩、粉砂岩和泥岩为主。由此选择砂岩层作为储层。松辽盆地符合储层条件的地层包括:四方台组、嫩江组第三和第四段、姚家组、泉头组第一段、登娄库组第二和第三段。

  超临界状态的条件。姚家组地层在部分构造单元埋深为1000~2000m,CO

  能以超临界状态封存。泉头组第一段、登娄库组第二和第三段地层大部分埋深大于2000m,符合埋深条件,但对CO

  灌注的操作要求较高.经济成本相对较大.不适宜作为优先储层。初步确定姚家组地层作为优先封存地层。三肇凹陷单元又因其分布面积大、废弃井分布密度最小被认为最适宜作为CO2封存场地。选取松辽盆地三肇凹陷的姚家组地层作为CO2的封存地层。模型选取三肇凹陷姚家组100m的砂岩地层作为模拟储层,二维模拟深度为1300~1400m,储层厚度为100m。2.网格剖分采用RZ2D型网格剖分,其中Z方向上100m,共剖分10个网格,每个网格10m。选取R方向上为10km。共剖分50个网格。这样剖分的网格总数为10×50=500个。CO

  岩性参数中最重要的是孔隙度和渗透率,这两个参数都是随深度变化的。需要说明的是,模拟时将100m的岩层划分为10个储层,每个储层的孔隙度和渗透率相同,计算时选取埋深z为每层的中心点高程,利用相关计算公式计算孔隙度和渗透率,岩性参数、相对渗透系数和毛细压力模型等见表3-25。

  (毛细压强)三栏中的S1指液体饱和度。4.初始条件和边界条件设定模型的初始压力为静水平衡压力。根据灌注点的压力条件,计算整个模型的压力分布。温度场的变化遵循地温梯度3.8℃/100m,计算后设置每个单元格的温度值,模拟过程中温度不变,为恒温模拟。模型的盐度和液相中CO2质量分数分别取0.4%和0。除CO

  流入外,径向侧边界设为具有固定压强的无穷边界。CO2的矿物捕获是非常缓慢的过程,赢咖娱乐登录平台官网一般需要数千年的时间,在场地优选阶段暂不考虑矿物捕获。根据所获得的场地的地质资料,建立二维径向地质模型对场地进行注入能力评价。在灌注模拟过程中分5个储层来注入,每次模拟一个储层。首先从最底层开始注入,然后依次向上。最后把5个储层的最大注入能力相加得到整个场地注入能力。为方便计算注入量,本次模拟采用固定速率的方式进行注入封存能力的估算。利用试探性注入方式通过模拟计算获取注入速率。注入时间为50a,模拟时间为100a。5.模拟结果及分析图3-19为该场地单储层注入时5个储层中CO

  量变化模拟对比图。从中可以看出,单层注入时封存量最大的为上部的第一储层,注入速率达到0.70Mt/a,最小的为底部的第四储层,最大注入速率为0.45Mt/a,其他依次为第二储层为0.60Mt/a,第三储层最大注入速率为0.53Mt/a。按照此种单层固定速率注入方式计算,该灌注场地整体注入速率为2.28Mt/a。此注入速率是在不考虑各个储层之间影响前提下的估算值。

  封存,但是由于储层压力随着深度增加而增加,注入量反而减小。相反,浅部储层由于压力小等原因注入量比深部大。图3-20显示不同储层在灌注CO

  时灌注井附近压力变化情况。从图中可以看出,4个灌注层内压力变化趋势基本上相同。在CO2灌注很短时间内,压力骤升到一个较高的峰值,达到205bar左右。之后,随着CO

  的扩散,压力遂得以释放。由于维持着一个固定的灌注速率,CO2得到及时补充,压力一直维持着一个较高的值,赢咖娱乐登录平台官网其中第四储层的压力比其他储层要高,这主要是由于第四储层较深,初始的静水压力较高。当停止灌注CO2以后,储层的压力大幅度降低,基本上回落到初始的静水压力值,然后基本保持不变。图3-19 封存场地不同储层中CO2

  从单个储层灌注能力来看,底部储层的灌注能力要低于上部储层,并且从压力的变化情况来看,底部储层的压力要比上部储层高得多。但是从安全角度分析,上部储层距离区域主力盖层的距离较近,一旦发生泄漏,上部储层的CO

  尽管深部咸水层中CO2封存量主要与储层本身性质有关,但储层改造等技术措施在一定程度可影响封存量。如果储层得以合理改造,可改善灌注条件,提高CO

  封存的影响进行分析,为灌注井完井方案提供依据。采用前述场地所建的地质模型,设定不同层段射孔模型,从底部第1层开始,依次往上直至全部储层井段射开,进而分析射孔层段影响。考虑全部可选储层射孔的情况下,分别以给定速率和给定压力两种灌注方式对CO2灌注能力进行模拟,估算最大灌注量,优化灌注方案。1.射孔层段

  图3-21是深部咸水层中不同射孔层段条件下地质储层中CO2总量随时间变化关系曲线可以看出,射孔层段越多,地质储层中的CO

  灌注速度下降之前,可在更长时间内以最大速度灌注。另外,比较全部4层射孔和仅底部1层射孔时地层中CO2总量的大小可以发现,射孔层段差异对CO

  总量的影响程度较高。在模拟100年时为例,全部4层射孔时储层内CO2量为915×108kg,而底部单层射孔时为225×108kg,使CO2封存量升高幅度为306%。由此可见,在适宜的条件下,良好的储层改造可改善灌注条件。2.不同的灌注方案对CO2注入量的影响在实际灌注前,以多大的速率或者以何种方式进行灌注,才能既实现灌注量最大又能节约成本、降低实际操作难度是必须解决的技术问题。数值模拟可在所建的地质模型基础上,通过修改模型参数、模型边界和模型初始条件等方式实现不同灌注方案之间的对比,评估出封存场地最大封存量,选出最佳的灌注方案。本示例在讨论不同的灌注方案时主要以给定灌注速率和给定压力进行模拟。(1)给定速率灌注:灌注速率过大,井内的CO

  来不及扩散,积聚的CO2将导致灌注井内及井周围的压力急剧增加。井内高压要求提高相应的井口灌注压力,而井周围压力的升高易引起上覆盖层的破裂与失稳等一系列安全性问题产生。相反,灌注量过小将造成储层空间的闲置和无效运行成本的增加。通过数值模拟技术可以在红线压力范围内寻找出最佳的灌注速率与灌注量,优化灌注方案。

  的量会随井内、外压力差变化而变化,起初由于井内、外压力差较大,CO2进入到储层的量多,随着CO2不断灌注,井内、外的压力差不断减小,甚至消失,此时CO

  进入到储层中的量就会减少。多层统注固定压力情况下的模拟同样采用灌注时间为50a。模拟时间为100a。按照给定压力方案进行灌注模拟时,处理井内各个层位压力时采用P0+ρCOg△h的方法进行估算。其中,P0为静水压力平衡后获得的最上储层的压力;ρ

  为超临界CO2的密度,根据实际平衡后的压力情况,取值700kg/m3。通过改变基础压力P0的倍数,不断增加井口的灌注压,且在灌注过程中压力保持恒定。图3-22和图3-23为不同的灌注压力情况下,CO2进入储层的速率随时间变化曲线和灌注井附近第一储层压力随时间变化曲线。从上图可以看出,当恒定压力灌注时,由于CO2的注入引起储层的压力不断变化(图3-23),导致井壁内、外压力差发生变化,根据达西定律,单位时间进入到储层的CO

  图3-21 不同射孔层段条件下储层中CO2总量随时间变化曲线 不同灌注压力情况下单位时间CO2

  就越多。但对应储层的压力亦相应增加大(图3-23)。100a时,当维持1.5P

  增加到1.4P0时,地层中CO2总量增加29.8%;从1.4P0增加到1.5P0时,地层中CO2总量增加22.3%。综上所述,虽然高的灌注压力能够大幅度地增加地层中CO2的量,但同时也增加相应储层的压力。储层压力较高容易造成上覆盖层的破裂,形成CO2逃逸的通道,导致CO2的泄漏,并且加大了灌注工程实施的难度和经济的投入。从灌注压力的增加幅度与CO2进入储层量的增加幅度对比分析可以看出,当灌注压力在1.2~1.3P0时,CO2进入储层量的增加幅度较1.3~1.5P

  时大。因此,综合考虑经济、安全和工程操作等因素,本示例模拟结果建议采用基础压力P0的1.2~1.3倍较为安全、经济。

赢咖官网摄影
Photography
咨询热线
4008-537482
在线预约
TOP