鄂尔多斯盆地石盒子组地层二氧化碳矿物封存能力评估

CO2的地质封存技术是减少CO2向大气排放的一种有效方法。矿物封存由于储存时间长,安全性高,对CO2地质封存至关重要。本文以鄂尔多斯盆地石盒子组地层为例,利用模拟软件TOUGHREACT研究了CO2注入后,各矿物的溶解和沉淀机理,确定固碳矿物和CO2的矿物封存量;通过改变绿泥石和长石类矿物的初始含量,研究原生矿物组分对CO2矿物封存潜力的影响。结果表明,以石英、长石为主的砂岩储集层中,长石类、绿泥石和高岭石是主要的溶解矿物,铁白云石是主要的固碳矿物,原生矿物中绿泥石和长石类矿物对CO2的矿物封存量影响很大,绿泥石和长石类矿物的体积分数增加,CO2的矿物封存量也增加。     

原生矿物组分对CO_2地质储存地球化学过程的影响

CO2的地质储存是迅速减少温室气体向大气排放最直接、最有效的方法之一,其封存量受很多因素影响,储层原生矿物组分是其中之一。本文以松辽盆地、美国墨西哥湾、日本Nagaoka场地资料为基础,对CO2矿物封存过程进行数值摸拟。结果表明:原生矿物组成及含量相差不大时,地球化学反应过程相似,原生矿物组成较为复杂时,地球化学反应过程也更复杂;在以石英、长石为主的砂岩储层中,长石和绿泥石是重要的溶解矿物,铁白云石和片钠铝石是主要的固碳矿物;CO2矿物封存量随着原生矿物中奥长石和绿泥石含量增加而增大,其中奥长石的影响更大。以上研究对CO2地质储存储层的选取有指导意义。     

初始矿物组分对CO_2矿物储存影响的模拟研究

二氧化碳地质封存(CO2geological sequestration,CGS)是一种直接、高效的减少大气中CO2含量的方式。本文以鄂尔多斯盆地CGS示范工程场地刘家沟组实测数据为基础,利用数值模拟方法,研究储集层岩石初始矿物组分变化对CO2矿物封存能力的影响。结果表明,在长石为主的砂岩储集层中,绿泥石、方解石和长石类矿物是主要的溶解矿物,铁白云石是主要的固碳矿物,初始矿物中钾长石、方解石含量变化对矿物封存量的影响极小,奥长石含量对矿物封存量有一定程度的影响,而绿泥石初始含量显著影响矿物封存量。     

储层温度对CO2矿物封存的影响

在二氧化碳地质储存中,储层温度是影响CO2矿物储存量的因素之一。文章选取美国Gulf Coast地区的资料,并设置6种温度敏感性分析方案,使用TOUGHREACT/ECO2N软件模拟并分析了温度变化对CO2矿物捕集的影响,得出三个结论:长石类矿物、高岭石、绿泥石是主要的溶解矿物,方解石并非主要的溶解矿物;主要固碳矿物为铁白云石和片钠铝石,两者与绿泥石存在较好的相关性,并且沉淀量与温度变化正相关;CO2体积分数随时间变化幅度和矿物捕获总量均与温度呈正相关。通过分析储层温度对矿物捕获CO2的影响,为选取CO2储层提供温度上的考量。     

储层温度对CO_2矿物封存的影响

在CO2地质储存中,储层温度是影响CO2矿物储存量的因素之一。文章选取美国Gulf Coast地区的资料,并设置6种温度敏感性分析方案,使用TOUGHREACT/ECO2N软件模拟分析了温度变化对CO2矿物捕集的影响,得出以下结论:长石类矿物、高岭石、绿泥石是主要的溶解矿物,方解石并非主要的溶解矿物;主要固碳矿物为铁白云石和片钠铝石,两者与绿泥石存在较好的相关性,并且沉淀量与温度变化正相关;CO2体积分数随时间变化幅度和矿物捕获总量均与温度呈正相关。通过分析储层温度对矿物捕获CO2的影响,为选取CO2储层提供温度上的考量。     

基于TOUGHREACT-MP的苏北盆地盐城组咸水层CO2矿物封存数值模拟

基于TOUGHREACT并行版,建立了苏北盆地盐城组下段砂岩层在碳封存中的CO2-水-岩反应二维径向模型,并评估储层的矿物封存潜力,探讨分析了网格剖分精度和储层各向异性对矿物封存模拟的影响。模拟结果表明:在CO2封存过程中,片钠铝石、方解石和菱铁矿沉淀较明显,在CO2注入5 000a后矿物封存的比例高达34.0%;网格剖分精度的不同对矿物封存反应路径没有影响,但粗网格模型计算得到的矿物封存量偏高;降低储层的kv(垂向渗透率)在短期内会促进CO2的水平运移,有利于溶解和矿物封存;但随着时间延长,降低kv对对流作用的抑制开始体现,表现为1 000a后中等kv值的模型计算出的矿物封存量高于较大kv和较小kv值的模型。     

二氧化碳地质封存中“对流混合”过程的研究进展

各国政府和科学家已经认识到CO2地质封存是一个长期有效的温室气体减排措施.在地质封存过程中,注入的C02的存在形式对C02地质封存工程的可行性和安全性十分重要.相较于“气体”储存机制,残余“气体”储存、溶解储存和矿物储存机制对于CO2地质封存而言是更为安全的储存形式.积累于低渗透性盖层底部的C02溶解使附近区域水溶液密度增加,从而引起“对流混合”现象.这一过程可降低储层中的超临界CO2通过垂直路径(如裂隙、断层和废弃井)向上逃逸的风险,因此增加了CO2地质封存的长期性和安全性.本文综述了CO2地质封存中“对流混合”过程的研究进展,总结归纳了该研究领域中存在的不足和问题,并对下一步研究工作提出了建议,以期为CO2地质封存中“对流混合”过程的研究在中国的深入开展提供参考.     

二氧化碳羽流地热系统水-岩-气相互作用:以松辽盆地泉头组为例

二氧化碳羽流地热系统(CPGS)是利用CO2地质储存场地进行地热能开发的一种工程技术,也是整合CO2减排与开发深部地热资源的理想方式。但伴随着对深部地热的提取,注入储层的超临界CO2使深部咸水的pH值降低,导致周围岩体产生溶解和沉淀,从而引起孔隙度、渗透率等地层物性的变化,最终改变系统的生产能力和净热提取效率。以松辽盆地泉头组为目标储层,采用室内实验、数值模拟等技术手段,通过实验和数值计算结果的对比,揭示系统水-岩-气相互作用对热储矿物组分的改变。研究结果显示:实验过程中矿物溶解对温度和盐度变化较为敏感,而受压力影响较小;在实验和模拟时间内发生溶解的矿物主要是长石类矿物,方解石在反应后全部溶解;石英、伊利石和高岭石的矿物组分体积分数有所增加,并有少量菱铁矿生成。     

黏土矿物含量对CO_2地质埋存体盖层封闭性的影响

为了解CO_2地质储存过程中黏土矿物含量对盖层封闭性的影响,本文以鄂尔多斯盆地三叠系和尚沟组泥岩盖层为研究对象,利用TOUGHREACT软件研究了不同黏土矿物含量、储层厚度对盖层封闭性的影响。研究表明,当盖层黏土矿物含量达到50%时,渗透率最大可减降低36%,有效封存厚度可达70 m;当黏土矿物含量减少至10%时,盖层自封闭性大幅降低,有效封存厚度为4 m,且盖层中的蒙脱石也由沉淀转化为溶解。黏土矿物含量越高,盖层封闭性越强,有效封存厚度越大。储层厚度对盖层封闭性有直接影响,当储层厚度大于盖层有效封存厚度时,则会发生泄漏;当储层厚度达到100 m时,CO_2将在125年后穿透黏土矿物含量为50%的盖层。本研究可为CO_2地质储存的储盖层选择和安全性评价提供理论依据。     

岩屑长石砂岩与CO2流体在水热条件下的相互作用

选用水+ CO2+砂岩体系于高压釜中在不同温度下(100℃,150℃,200℃)进行反应,运用偏光显微镜、扫面电镜观察、X射线衍射分析和紫外分光光度计等技术手段来研究CO2流体活动对储层物性的改造.结果表明储层砂岩在CO2流体作用下,发生溶蚀溶解形成次生孔隙,溶蚀主要发生在低能位和晶格缺陷位置.同时生成了次生沉淀物,包括水铝矿和粘土矿物,其中水铝矿不稳定.这一研究对火山岩侵入区碎屑岩储层评价和二氧化碳地质储存的数值模拟研究具有重要意义.     

绿泥石对CO2-水-岩石相互作用的影响

为了解关键性矿物在“超临界CO₂-水-岩石”系统中的地球化学作用,利用先进的数值模拟软件TOUGHREACT,结合我国鄂尔多斯盆地深部咸水含水层的基础地质条件,建立一维垂向模型,研究了盖层中绿泥石含量分别为3%、9%、15%时对CO₂-水-岩石相互作用的影响.发现CO₂进入盖层后,盖层的矿物成分和渗透率发生了较大变化.当绿泥石体积分数为3%时,盖层渗透率在5 000 a期间一直处于增大状态,不适合CO₂封存;当绿泥石体积分数为9%和15%时,盖层渗透率呈现先增大后减小的趋势,产生自封闭现象,有利于CO₂封存.结果表明,绿泥石的溶解为盖层中钙蒙脱石、铁白云石、片钠铝石、菱镁矿的沉淀提供了必要的Mg2+、Fe2+、AlO₂-等离子.绿泥石含量越多,CO₂矿化捕集量越大,盖层的自封闭效应越明显,其渗透率最大减少10%.本研究结果可为CO₂地质封存的长期性和稳定性评价提供理论依据.      

鄂尔多斯盆地伊金霍洛旗附近二叠系石千峰组岩石学、地球化学特征及其固碳能力分析

鄂尔多斯盆地是我国CO2地下埋藏的潜在目标区,位于伊金霍洛旗附近的中神监X井与CO2地下注入井中神注1井相邻,两者钻遇地层系统和岩石组合一致。为对示范区储层的固碳潜力和泥岩改造状况做出预测,为CO2地质储存的数值模拟研究提供基础地质信息和相关数据,通过偏光显微镜、扫描电镜、X射线衍射、X射线荧光等多种技术手段,开展了中神监X井石千峰组的岩石学和地球化学特征研究。结果表明石千峰组的砂岩岩石类型主要为长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩;泥岩主要由石英、粘土矿物和长石组成,其中,粘土矿物主要为伊利石,其次为蒙皂石、高岭石和绿泥石。预测在CO2注入后的流体-砂岩长期相互作用过程中,石千峰组砂岩可以通过形成片钠铝石、方解石、铁白云石和菱铁矿等固碳矿物,形成对CO2泄露而言的矿物圈闭,进而实现CO2的长期和安全封存;红色泥岩夹层将发生金属离子活化,导致泥岩褪色。     

鄂尔多斯盆地西缘马家滩地区石盒子组砂岩的岩石学、地球化学与成岩作用特征

鄂尔多斯盆地马家滩地区石盒子组是天然气的重点勘探层位。对马家滩地区石盒子组的岩石学特征和成岩作用研究表明,石盒子组的储层岩石类型主要为石英砂岩、岩屑石英砂岩,少量的长石岩屑砂岩。储层砂岩的成岩作用类型主要有压实和压溶、石英次生加大、胶结、溶解。根据成岩作用特征,建立了研究区储层砂岩的成岩共生序列: 自生伊利石--自生绿泥石--石英次生加大--高岭石--方解石。鄂尔多斯盆地作为中国CO2 地下埋藏的潜在目标区,开展CO2 可能埋藏层段的岩石学特征和成岩作用研究,可为CO2 地质储存的数值模拟研究提供岩石学信息。     

江汉盆地江陵凹陷二氧化碳地质封存数值模拟

通过建立江汉盆地江陵凹陷新沟嘴组储层和盖层的二维模型,对江陵凹陷进行了CO2地质封存数值模拟研究,分析了注入CO2的运移分布和溶解扩散情况,并对储盖层垂直方向的渗透率进行了敏感性分析.结果表明,所建的二维模型能够较好地描述CO2在储层中的运移过程和分布状况,而且在实际地质封存工作中必须要考虑一些地质上的因素如储盖层的渗透率、毛细管压力、岩石矿物组分丰度等的变化对封存效果的影响.     

深部咸含水层CO2注入的流体迁移模拟研究 ——以松辽盆地三肇凹陷为例

CO2地质封存是减少温室气体向大气排放的有效措施之一,而深部咸含水层CO2地质封存是目前可行的最有潜力的封存技术。先前研究表明,松辽盆地是一个潜在的封存场地。基于对松辽盆地地质资料的初步分析,选取三肇凹陷的姚家组1段和青山口组2、3段地层作为CO2的注入层,建立一个典型二维模型,研究CO2注入后的迁移规律。结果表明,CO2注入后会向上和侧向迁移,后期可能出现的对流作用能促进CO2的溶解。残留气体饱和度、注入层水平和垂直渗透率的比值对模拟结果影响最大。此外,储层中的薄页岩夹层有利于CO2的溶解,因此,在保证注入性和封存量的情况下,储层中低渗透性夹层是允许的。     

苏北盆地油田封存二氧化碳潜力初探

油田二氧化碳封存是减少温室气体排放量最有效的途径之一,油藏中封存CO2 主要有构造地层储存、束缚气储存、 溶解储存和矿化储存等四种方式,CO2 在油藏中的地质储存容量采用国际上通用的资源储量金字塔理论来进行潜力评价。 本文通过分析油田CO2 封存机理,结合江苏省苏北盆地的地质和构造条件,对苏北盆地油田进行CO2 封存潜力研究。苏北 盆地油田多为低渗透和含水油藏,在储存CO2 的潜力上,东台坳陷优于盐阜坳陷,次级单元中又以高邮凹陷、金湖凹陷封 存CO2 潜力最大,一系列小型构造单元比较适合于CO2 封存,并有利于后期的保存。在封盖能力上,苏北盆地在垂向上有 明显的两分性,下部上白垩系和古新统盖层相对上部始新统盖层对CO2 封盖性更好。估算得到苏北盆地油田埋存CO2 的理 论储存容量为1.5054×108 t,有效储存容量为0.0828×108 t~0.4421×108 t,表明苏北油田封存CO2 的潜力较大。     

岩盐沉淀对咸水层二氧化碳地质封存注入过程的影响:以江汉盆地为例

依托江汉盆地基础地质和水文地质数据,通过建立新沟嘴组一维、二维径向数值模型,对该储层进行CO2封存注入数值模拟研究,分析二氧化碳注入储层后,咸水层中发生的地球物理化学作用.以CO2的溶解作用和岩盐的沉淀作用为主,分析它们对储层压力和注入性的影响.模拟结果表明,二氧化碳注入储层后,近井周围会形成3个分区,即纯液相区、两相混相区、盐沉淀区;盐沉淀会导致压力积累严重,影响CO2可注入性;对盐度的敏感性分析表明,咸水含水层盐度越大,压力积累会越严重.因此,江汉盆地CO2地质封存应考虑盐度的影响,采取相关缓解压力积累的措施.     

储层中CO2—水—岩石相互作用研究进展

本文综述了CO2对储层渗透率和储层岩石润湿性的影响、CO2与水间的相互作用,以及CO2、水与矿物(石英、硅酸盐和碳酸盐等)之间的相互作用。指出储层物性的改变会直接影响CO2的封存和EOR的效率;二氧化碳注入储层后,与地层水、储层岩石之间发生复杂的矿物溶蚀和沉淀作用是改变储层物性的直接原因。本文给出了大量可能发生的化学反应,讨论了影响反应速率的因素、研究中存在的问题和发展趋势,为今后实施CO2封存和EOR提供参考。     

深部咸含水层CO2注入下压力抬升与流体迁移的大尺度模拟研究:以松辽盆地为例

地下深部封存CO2已经被公认是人类削减温室气体排放的一条有效而又科学的途径。深部咸含水层CO2地质封存因封存潜力巨大,技术可行,且已有实际的工程运行,因而备受关注。松辽盆地是中国潜在的CO2储存场地之一,选择松辽盆地为大尺度模拟研究对象,选取姚家组砂岩层为储层,选取嫩江组泥岩为盖层,运用TOUGH-MP并行计算代码建立了覆盖整个松辽盆地的三维地质模型,在中央凹陷区开展大尺度CO2注入模拟研究,包括CO2运移、储存、地层压力提升以及储存安全性等问题。模拟结果表明:持续注入100a后形成的CO2羽远小于产生的压力积聚区影响范围。注入产生的压力抬升将在注入停止后迅速消散,不会对区域地层压力和浅层地下水系统产生显著影响。在千年之内注入的CO2将随着时间持续,逐渐溶解于水中,而不会因盖层微弱的渗透性而逃逸。     

含片钠铝石砂岩的基本特征及地质意义

含片钠铝石砂岩是一种含片钠铝石自生矿物的砂岩，一般为富含长石的砂岩，与片钠铝石稳定共生的自生矿物主要为铁白云石、菱铁矿等碳酸盐矿物。砂岩中片钠铝石的含量变化较大，其存在与否不受砂岩结构的制约。含片钠铝石砂岩往往分布在断裂和岩浆岩体附近，既可以作为CO2气储层，又可以作为油气储层。含片钠铝石砂岩是一种具有特殊地质意义的砂岩，表现为：①含片钠铝石砂岩记录了深、浅部层圈之间及烃源岩—储层之间的物质转移；②在含油CO2气藏和油藏中，含片钠铝石砂岩记录了CO2与油气双重充注，其中含油CO2气藏中的含片钠铝石砂岩记录了CO2充注驱油现象；③含片钠铝石砂岩是进行CO2地下储存研究的理想的天然实验室。