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。     

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.     

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在深部咸水层中的埋存机制研究进展

 目前,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.CO₂在咸水层中的埋存机制主要包括构造圈闭埋存、残余气埋存、溶解埋存和矿物埋存4种基本方式.构造圈闭埋存是CO₂向上运动到致密隔层受到遮挡后,在地质体中聚集,形成CO₂气相埋存,构造圈闭埋存埋存包括闭合构造和开放构造,闭合构造的优势是可以有效限制储层中自由CO₂的横向和纵向运移,缺点是气水接触面被限制在一个十分小的接触区域中,从而限制了CO₂溶解,开放构造的优势是CO₂和周围地层水大面积接触,有利于CO₂溶解,缺点是需要对一个很大的区域进行精细表征以确定可能的气体泄漏路径并进行区域监控;残余气埋存是由于驱替和吸吮相渗滞后,部分CO₂以残余气形式被埋存起来;溶解埋存是CO₂溶解在水中,与水中的钙、镁、铁等离子发生反应生成碳酸盐矿物,实现CO₂圈闭埋存;矿物埋存是CO₂与储层岩石发生缓慢的化学反应形成碳酸盐矿物或HCO₃^-,实现CO₂埋存.各种埋存方式随埋存时间不同,发挥的作用不同,埋存安全性级别也各不相同.本文对咸水层CO₂埋存机制进行深入研究,以期指导中国咸水层CO₂埋存工程顺利进行.     

CO2地质封存中储层岩石润湿性测量研究进展

多孔介质的润湿性是CO₂地质封存过程中的重要参数。基于润湿性测量方法和光学成像技术综述了CO₂封存条件下不同尺度的多孔介质润湿性测量技术，并分析了相关润湿现象。目前，岩石润湿性的测量主要分为：实验室尺度的表面润湿性测定、孔隙尺度的内部壁面接触角测定，以及宏观尺度的岩心整体润湿性评价。孔隙结构、矿物组成成分和表面粗糙度是孔隙尺度接触角的关键影响因素，它们会影响多孔介质的混合润湿特性并造成润湿滞后现象。根据不同局部驱替事件(如排水、渗吸)的接触角分布建立了孔隙尺度与连续尺度的岩石润湿性关系。最新研究发现，随着驱替的发展，岩石润湿性在排水和渗吸过程中发生了显著改变，但不同尺度的岩石润湿性的关系及润湿转变机理仍需要进一步研究。     

低渗油田表面活性剂驱油机制

以降低启动压力理论为依据,结合表面活性剂溶液对相对渗透率影响等实验,研究表面活性剂降低油层注入压力的机制。结果表明,表面活性剂可降低油水界面张力,增加原油流动能力;表面活性剂能改变岩石表面润湿性,使岩石润湿性向亲水方向转变,减小水驱毛管阻力;表面活性剂能增加水相渗透率,降低注入压力;当表面活性剂质量分数为0.2%、注入量为0.5 VP(VP为孔隙体积)时,选择含水率低于70%注入活性剂驱油效果较好。     

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。     

CO2驱采油技术研究与应用现状

 CO₂温室气体使全球气候变暖,温度幅度已经超出了其本身自然变动的范围,对人类的生存和社会经济的发展构成了严重威胁。CO₂的地质处置最有效的方式就是注入油气田,不但封存了CO₂,而且还可提高油气田的采收率,国外注CO₂驱提高原油采收率技术已在低渗透油藏中得到了广泛应用。针对中国低渗透油藏自然产能低、地层能量不足、地层压力下降快等引起采收率低的现状,在分析CO₂混相和非混相驱提高采收率机制的基础上,系统整理和归纳了CO₂驱油技术中混相驱和非混相驱两种作用方式的研究现状。通过国内外低渗透油藏注CO₂驱提高采收率应用情况分析指出,CO₂作为一种有效的驱油剂,CO₂驱能得到明显的增油降水和提高采收率的效果,总结了目前需要解决的主要问题,提出应积极开展注CO₂驱油技术的研究和现场试验的建议,并对CO₂驱油技术的发展前景进行了展望。     

油藏润湿性影响因素综述

岩石表面润湿性是影响油、水在岩石孔隙中分布、流动的一个主要因素。岩石润湿性直接制约着油、水两相相对渗透率、毛细管力以及石油采收率。从岩石表面矿物组成、原油的组分、地层水、注入水的离子含量和离子组成、pH以及温度等方面讨论了油藏岩石的润湿性的影响因素。     

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。     

小断块油藏CO2单井吞吐强化采油可行性研究

受多断层切割的复杂断块油藏,所形成的众多小断块单元油藏井间连通性差、边界封闭、地层能量有限、开采中地层能量下降快、难以采用早期注水等方式大规模开采。而采用CO₂吞吐强化采油方式对此类油藏可能是一种有效的方法。为此,针时复杂小断块低能量油藏单元的地质开发特征,在对油井目前地层流体进行相态分析基础上,通过CO₂油藏流体膨胀实验,确定CO₂吞吐的驱替机理,再通过CO₂吞吐长岩心驱替实验确定CO₂吞吐增产原油的程度和时效性。然后建立了针时实际小断块单元油藏单井CO:吞吐的地质和数值模拟模型,在对注气前油井生产动态进行历史拟合基础上,时CO₂吞吐强化采油过程中的工艺操作参数进行了敏感性分析,重点讨论注气时机和周期注入量对小断块单元油藏增产效果的影响,分析末同注气时机CO₂吞吐前后近井地层原油饱和度和压力分布变化规律。从而得出适合于小断块单元油藏CO₂单井吞吐强化采油的有效时机和最佳操作参数选择,为小断块单元油藏实施CO₂吞吐强化采油可行性方案设计提供了系统的室内综合评价方法。     

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。     

多倍水驱下岩心接触角变化

疏松砂岩在水驱开发过程中,由于水长期冲刷,有的油田驱油效率比初始预测的采收率还要高,而润湿性是影响多倍水驱后油水在岩石孔喉中的微观分布和决定着极限驱油效率的关键因素。但是油层岩石的润湿性很复杂,至今没有令人满意的方法来测量油藏岩石的润湿性,实验室中主要依靠接触角法、吊板法、阿莫特法、自动吸附法等。为了研究多倍水驱条件下水驱倍数和黏土含量对润湿性的影响水平,先进行多驱替倍数水驱油实验,并对不同黏土含量的人造岩心驱替不同倍数后分别切薄片,把薄片置于白油中用上海中晨数字技术公司生产JC2000D3的视频光学接触角测量仪采用座滴法测量不同薄片的接触角,这样即可知道水驱倍数及黏土含量分别对润湿性影响的规律。实验结果表明,多倍水驱下驱替倍数和黏土含量都会影响岩心的润湿性,多倍水驱后水滴在岩心薄片上接触角变小,黏土含量增加,接触角变化幅度增大。因此,长期多倍水驱后润湿性基本上从亲油状态向亲水状态转变,这对储层中油相的运移是有利的。     

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。