盐水层中CO2扩散半径的计算方法

 CO₂地质埋存是温室气体资源化利用及减少大气温室气体排放的有效途径之一。在深部咸水层中实施CO₂地质埋存的减排处理,是减缓温室效应最有效的现实选择。针对CO₂在地下盐水层的埋存过程中,其超覆盐水层后存在渗漏和逃逸的风险,基于Buckley-Leverett驱油理论,研究并推导出CO₂对盐水层非活塞式驱动半径的计算公式,准确计算CO₂的扩散半径。计算结果表明,该计算式不仅可为CO₂盐水层封存的工程实践提供必要的理论依据,还为获得封存后存储介质中CO₂逸散风险的控制提供长期预测和数据的支持。     

盐水层CO2埋存潜力及影响因素数值模拟

 温室气体CO₂使全球气候变暖,对人类生存和社会经济发展构成了严重威胁。研究表明,沉积盆地深部存在体积巨大的盐水层,盐水不宜开发利用,但可用来埋存CO₂。本文首先对盐水层CO₂埋存机制进行研究分类,得到盐水层CO₂埋存量计算公式,在对埋存机制及公式分析的基础上,运用Eclipse数值模拟软件,通过数值模拟的方法综合分析水平渗透率、纵横渗透率比值、地层韵律、地层矿化度及温度对盐水层CO₂埋存的影响,并对各影响因素进行了系统评价。结果表明,盐水层的渗透率、纵横向渗透率比值、沉积韵律是影响盐水层CO₂埋存量的主要因素,盐水层的矿化度和温度是影响CO₂溶解量的主要因素。     

二氧化碳咸水层封存和利用

 CO₂咸水层封存是减少人为CO₂排放最有效的选择之一,是人工制造巨量碳汇的新型地质工程。全球商业化规模CO₂封存项目和中试尺度的现场试验10年以上的平稳运行表明,CO₂咸水层封存在技术上是可行的。本文从CO₂咸水层的封存机制、储量评价、监测和预测、安全评价和利用方面作了系统评述。水热实验和数值模拟是目前水-岩-CO₂相互作用过程和CO₂封存机制研究的重要方法,但需要现场试验数据的验证。储量评价主要基于CO₂溶解捕获原理,参数的确定方法及不同尺度上方法的选择仍需进一步研究。以地震法为代表的地球物理方法能够有效监测储层中CO₂晕的形态,但价格昂贵不宜广泛应用,新方法的试验很有必要;地球化学方法能够及时反映CO₂注入后的运移及储层的响应,简单易行,成本较低,但需要监测孔;数值模拟方法能为CO₂晕的运移形态和方向提供依据;需要依托一套适用性强的多种方法联用监测技术。安全评价技术包括数值模拟、岩石力学参数测定及各种模型建立,还需从公众认可度及加入大规模项目数据角度提高和完善。考虑到成本问题,CO₂咸水层利用值得重视,特别是实现地热可持续开发利用的CO₂-EATER技术的发展。国外在CO₂海相咸水层封存的技术发展较快,国内沉积盆地可用于CO₂封存的咸水层多以陆相沉积为主,储层水化学、水文地质和矿物岩性特征与海相咸水层有很大差异,非均质性也较突出,需要在借鉴和学习国外经验的同时突出自己的特色和重点。     

北塘凹陷新近系馆陶组的CO2-EATER实验研究

 地热尾水回灌率低是目前中国沉积盆地砂岩储层中-低温地热资源可持续开发利用的瓶颈。基于利用CO₂提高地热回灌率,即CO₂-EATER(CO₂-Enhanced Aquifer Thermal Energy Recovery)概念模式,以黄骅坳陷中部北塘凹陷新近系馆陶组砂岩热储层为例,利用高温高压反应釜实验模拟了反应时间为10d,温度为100℃,压力为10MPa人工注入CO₂条件下,水-岩-CO₂相互作用及其对储层水化学组分及矿物组分的改变和对孔隙度及渗透率可能的影响。结果表明,CO₂注入后,储层水的pH值从7.7下降到6.3,储层水的HCO₃^-、Ca、Mg、Na和K等组分显著增加。这是由于CO₂溶解于水,形成了酸性环境,储层中长石类矿物和方解石发生溶解而释放出金属阳离子。地层水的δ¹⁸O_H2O和δ²H_H2O分别发生了3.5‰和3‰的负漂移,表明人工CO₂的注入促进了水-岩反应。X衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析结果也证实了长石类矿物的溶解,这对改善储层具有一定意义,也说明CO₂-EATER模式可能适合于北塘凹陷新近系馆陶组。     

CO2和地层水、储层配伍性实验研究

针对CO₂驱油方法在近年来得到人们的广泛重视,它在国内尤其在国外应用广泛,取得了良好的驱油效果的实际,研究了注CO₂采油过程中,当CO₂到达储层后,与地层原油、地层水以及储层岩石相互接触,发生一些物理化学性质的变化,使得储层的渗透能力也发生变化的问题。利用中原油田提供的地层水及储层岩石样品进行了CO₂和地层水、储层配伍性的实验研究。测试了注CO₂前后岩芯水测渗透率的变化情况,并进行了原因分析。实验结果表明：注CO₂过程中不会产生碳酸钙沉淀堵塞孔道降低储层渗透率;相反由于CO₂溶解于水中生成碳酸溶蚀了岩石的某些胶结物,使岩石渗透率得到改善。     

CO2驱中岩石性质变化

 CO₂驱作为一种成熟而且具有广阔应用前景的提高原油采收率(EOR)技术,越来越受到各国重视。CO₂驱中,CO₂溶解于地层水后与岩石产生反应,改变岩石的孔隙结构、润湿性等。为确定CO₂驱后岩石的孔隙结构、润湿性的变化规律,本文针对大庆F油层实际情况,在模拟油藏条件下,通过实验方法对天然岩心展开CO₂驱中岩石性质变化的室内研究。结果表明,注入的CO₂改变岩石的孔隙结构、渗透率以及润湿性等。随着CO₂与岩石接触时间增加,岩石中小孔隙及大孔隙所占比例增加,中等孔隙所占比例减小,渗透率逐渐增大,亲水性逐渐变强。这是由于CO₂溶于水后显酸性,与岩石孔隙表面的矿物成分发生反应,改变了岩石孔隙表面矿物组成和岩石的孔隙结构。     

低渗油藏注CO2／N2组合段塞改善驱油效率实验

针对江苏高集低渗低饱和低能量油藏,开展了先注CO₂前置段塞再后续N2段塞顶替的驱油机理研究。通过高集油藏地层原油加注CO₂／N₂气体互溶性膨胀相态机理、多次接触抽提-凝析过程相态机理以及交替注CO₂／N₂组合段塞细管驱替最小混相压力测试、长岩芯驱替效率等实验和模拟研究,对CO₂／N₂组合段塞注气驱油机理及效果进行了分析评价。结果显示,先注CO₂前置段塞再后续注N2顶替的驱替方式能更有效地发挥CO₂增溶膨胀、近混相和N₂弹性膨胀驱油的优势,其驱油效率能达到甚至超过单纯注CO₂的驱油效率。这种驱替方式不仅有利于改善注非烃气体的驱替效率,还可减轻令人担忧的采油井气窜后所带来的采油管柱和设备的腐蚀问题。此外将这一方式推广到注CO₂前置段塞再后续注烟道气的驱替过程,还可在提高油藏采收率的同时实现工业温室气体地下环保埋存。     

特低渗油藏注CO2驱油微观机制

 利用核磁共振仪、原油气相色谱仪、细管实验和特低渗透岩心物理模拟实验,对细管实验的CO₂非混相驱和混相驱驱替原油过程中的产出物和残余油进行取样分析,并结合核磁共振实验分析结果得到特低渗透油藏注CO₂微观驱油机制.结果表明,CO₂非混相驱主要是萃取C₁₈以前的组分,而CO₂混相驱,不但可以萃取C₁₈以前的组分,也能萃取C₁₉—C₂₅的组分,初期主要萃取低碳分子的组分,随着驱替的进行,逐步萃取较高碳分子的组分;与原油组分和非混相驱的残余油组分相比,混相驱的残余油中轻质组分所占比例减少,中间组分和重质组分所占比例较大,导致残余油黏度变大;在非混相气驱和混相气驱时,由于残余油黏度发生变化和胶质沥青沉淀,使岩心孔隙中一部分流体变成不可动流体,核磁共振图谱发生左移现象.     

抽真空饱和方法对岩石电阻率测量的影响

本文提出了在岩石抽真空饱和过程中注入CO₂气体取代残余空气分子,从而减小岩石电阻率测量误差的方法。实验结果表明,该方法比常规抽真空饱和方法提高测量精度近10%。为此,研制了岩石电阻车测量中注CO₂气抽真空饱和的处理程序。     

川东北部飞仙关组气藏气体组分成因研究

川东北飞仙关组气藏为高含硫、过成熟常压（低压）的超干气藏,其地层在地质历史上经过了深埋藏和高温作用,具备了原油裂解的条件,包裹体资料证明原始气藏含有大量的高烃组分和液态沥青,且不含H₂S,确认气藏为原油裂解产物。气藏储层发育在膏盐岩中,原油裂解气与其中的硫酸盐矿物发生热化学还原作用（TSR）,消耗了大量的高烃气体,并产生大量H₂S和CO₂,所以现今气藏表现为高含硫和过成熟特征。硫酸盐岩热化学反应（TSR）生成的H₂S和CO₂大量溶解在水中,形成大量的酸,其产生的溶蚀作用极大地提高了储集空间,造成了现在气藏压力较低的特点。     

液态二氧化碳防灭火装备及其工程应用

 为有效消除矿井火灾隐患, 保障井下作业人员安全, 避免煤炭资源的损失扩大, 研制了液态二氧化碳CO₂(l)的储罐、地面汽化防灭火系统和井下直接防灭火系统.储罐的自增压系统可使CO₂在其内保持液态状态而不结冰;CO₂(l)的地面汽化灭火系统可以将CO₂(l)在地面运用电热汽化器和空温汽化器汽化, 气态的CO₂在稳压罐内稳压达到1.5MPa后, 以0.5MPa的压力通过管道输送至火区进行防灭火;CO₂(l)防灭火列车可以直接将其运到煤矿井下的高温地点或火区附近, 快速降温、灭火.照金煤矿122综采工作面防火工程实践表明, CO₂(l)可以快速有效降低火区环境的温度、氧气和煤自燃指标气体浓度, 消除火灾隐患.     

二氧化碳地质封存联合深部咸水开采技术进展

 CO₂捕集、利用与封存(CCUS)技术具有很大的发展前景,而CO₂地质封存联合深部咸水开采技术(简称CO₂驱水技术,CO₂-EWR)作为一种新型的CCUS技术,可在实现CO₂深度减排的同时缓解水资源紧缺现状,对于以煤为主要能源结构的中国来说,是一种确保国家能源安全的双赢选择。根据中国含水层系统类型,中国陆地可大致划分为3个CO₂-EWR利用分区,考虑到该技术的研发程度及成本预测,西部地区的煤电煤化工企业具有早期机会,因此本文主要针对西部地区煤化工企业(一区)展开分析与评价。概述了CO₂-EWR技术的概念、意义及研究现状,探讨了其技术链条中各要素技术,展望了CO₂-EWR技术的前景及重要发展方向。     

基于CO2地质储存工程的CO2增强地热系统中CO2注入温度对热储层热提取率影响分析——基于鄂尔多斯CCS工程

 以鄂尔多斯CO₂地质储存工程区马家沟组地层为人工地热储层,用TOUGH2软件建立以CO₂为传热载体的CO₂-EGS模拟模型,设计并模拟了5种不同的CO₂注入温度(18～42℃)条件下CO₂-EGS系统运行特征,分析了CO₂注入温度对热提取率和系统可持续性的影响。结果表明,5种方案的热量提取率在CO₂-水驱替阶段变化区间为6.37～7.9MW,在液相流消失阶段变化区间为6.64～8.68MW。整个CO₂-EGS系统运行期的平均地层热提取率为6.56～8.47MW,系统可持续时间10.58～11.49a,系统运行期温度下降速率为1.89～1.74℃/a。CO₂的注入温度对深层地热能系统热量提取率影响显著,对系统的可持续性影响较小。为了获得最大的经济效益,应在CO₂-EGS运行允许范围内减小CO₂的注入温度。研究成果可以为CO₂地质储存与资源化利用提供参考。