CO2基增强型地热系统中流体-花岗岩相互作用研究进展及展望

CO₂与水相比,膨胀性大、黏度低、与岩石反应程度低,并且在作为增强型地热系统（EGS）渗流传热流体时,比水具有更高的换热效率。对CO₂-EGS生产过程中储层岩石物性变化的研究具有重要意义,从理论研究、实验研究、数值模拟3个方面,对CO₂基增强型地热系统CO₂-EGS中流体-岩石相互作用的研究现状进行了总结,并且从矿物成分、微观孔结构和力学性质3个方面对储层岩石性质的变化进行了评价。结果表明,CO₂-水-岩石相互作用参与反应的矿物主要为石英、长石类;而沉淀的矿物为蒙脱石、伊利石及方解石等。CO₂-水-岩石相互作用会导致储层岩石的力学性质下降,孔隙结构特征改变。最后,讨论了CO₂作为EGS渗流传热流体仍需攻克的难点问题,包括:CO₂的热动力学特征、换热效率,CO₂-水-岩石的相互作用及其对储层性质的改变,影响CO₂-EGS经济性的因素,以及CO₂-EGS数值模型的研究等。针对这些方面的研究可为今后CO₂-EGS的开发奠定基础。      

沥青质沉积对原油渗流特征的影响

沥青质沉积不仅会伤害储层物性还会对流体饱和度分布和渗流特征产生影响。通过开展不同开发方式下的长岩心驱替实验,分别测定了有或无沥青质沉积影响下的油水、油气和三相相对渗透率曲线,研究了沥青质沉积对原油相对渗透率和岩石润湿性的影响。研究结果表明,沥青质沉积导致水驱、CO₂非混相驱和水气交替（WAG）驱的采收率分别降低了12.2%,5.9%,15.3%。并会引起驱替压差上升,岩石润湿性向亲油性转变,加速水或气突破时间。水驱中沥青质沉淀会使油水两相共渗区左移,含水饱和度对油相相对渗透率的影响增大。CO₂非混相驱中沥青质沉淀对气相渗透率影响较小,而油相渗透率更容易受到含气饱和度变化的影响。在三相渗流中沥青质沉淀会降低油相渗透率,加快油相相对渗透率的下降速度,增大残余油饱和度,减弱WAG驱效果。在注入水中添加JCF-1非离子表面活性剂后,能够降低驱替压差,延缓水或气突破时间,增大油相相对渗透率,降低残余油饱和度,弥补沥青质沉积产生的伤害。研究成果为富含沥青质油藏的高效开发提供了依据。      

CO2-水-岩相互作用对盖层渗透率影响的数值模拟

针对我国江汉盆地深部含水层的基础地质和水文地质条件,运用国际先进的反应溶质运移数值模拟软件TOUGHREACT
建立垂向一维模型,探索研究了CO₂ 进入盖层后,CO₂-水-岩相互作用对盖层渗透率的影响。模拟结果表明,CO₂进入盖层
后,会使pH值降低,导致矿物组分和渗透率的变化。模拟5000a后,盖层底部和顶部渗透率分别增加了10%和6.7%,主要是由
石膏在该处的溶解以及菱镁矿未能沉淀造成的;盖层中部渗透率降低了约6.7%,主要是因为铁白云石和菱镁矿在后期发生了沉淀;
绿泥石的溶解为铁白云石和菱镁矿的沉淀提供了必要的Mg2+ 和Fe2+ 离子来源,对盖层渗透率的变化起到了至关重要的作用。      

砂岩含水层CO2封存中考虑盐沉淀反馈作用的数值模拟: 以鄂尔多斯盆地为例

盐沉淀是含水层CO₂封存中需要关注的问题。当前，大多数数值模拟没有考虑盐沉淀引起的地层孔隙度和渗透率变化对流体流动的反馈作用。以鄂尔多斯盆地刘家沟组地层为例，利用TOUGH2软件建立了一个二维模型。通过修改程序源代码，使得模型能考虑盐沉淀对流体流动的反馈作用。模拟结果表明，刘家沟组地层在CO₂注入20 a时，盐沉淀的反馈作用使得注入井附近地层压力提升达到了0.87MPa，储层注入性损失7.17%。地层水盐度对盐沉淀及其反馈作用的影响最大，CO₂注入速度的影响次之，地层渗透率的影响最小。在地层水盐度较高时，固体盐饱和度显著增加，从而造成地层渗透率明显下降。当地层水盐度为0.24时，盐沉淀造成注入性损失45.32%，引起的地层压力提升达到了12.14MPa。因此，需要特别关注高盐度地层水引起的盐沉淀及其反馈作用。      

随钻核磁共振测井在南海文昌油田低阻油层流体识别中的应用

随钻核磁共振测井在南海文昌油田低阻油层的开发中以安全高效的测井方式提供了孔隙度、渗透率等参数,且在定性识别轻质油层方面发挥了关键作用。为了进一步提升随钻核磁共振测井在文昌油田低阻油层流体识别中的使用价值,从孔隙结构和流体性质2个影响因素出发,提出了T₂谱含油特征指标法并引入纯水谱重构法开展流体定量识别。其中T₂谱含油特征指标法以消除孔隙结构的影响为基础,利用轻质油和水的横向弛豫时间差异提取轻质油真实的拖尾现象达到定量识别流体的目的;水谱重构法则采用球管模型和正态分布模型分别构建束缚水谱和可动水谱,并将两者之和作为纯水谱,通过与实测核磁T₂谱的对比提取流体性质信息,达到识别流体性质的目的,2种方法在文昌油田低阻油层的流体识别中均取得了良好的应用效果,可在低阻油层、水淹层等储层流体的定量识别中发挥显著作用。     

高压压汞与核磁共振技术在致密储层孔隙结构分析中的应用: 以鄂尔多斯盆地合水地区为例

孔隙结构制约着油气在储层中的储集能力和流动能力, 是研究致密砂岩储层的关键要素, 也是当前研究的重点和难点问题。以鄂尔多斯盆地合水地区上三叠统延长组长7致密储层为例, 结合高压压汞、核磁共振等分析技术, 对储层孔隙结构、可动流体参数之间的关系进行了深入研究, 主要取得以下认识: ①利用常规方法, 线性最小二乘法将核磁共振T₂谱转换孔隙半径时, 这种通过线性关系得到的结果精度较低, 相关系数为(0.87~0.98)/0.92, 通过分形理论, 计算出压汞曲线对应的拐点, 进行分段换算出对应的T₂, 以此为界限将核磁共振T₂谱分段转换, 结果显示转化后曲线叠合程度高, 相关系数(0.97~0.99)/0.98;②通过分析流体可动性的影响因素, 岩石的物性具有直接的关系, 其中孔隙度更适合表征储层的储集空间大小, 相关性为0.9, 和可动流体饱和度的相关性更好; 孔隙结构特征参数与可动流体参数相关性较好, 致密的孔隙结构制约着流体的可动性。      

珠江口盆地CO2分布特征与成藏机制浅析

珠江口盆地多个凹陷均有钻井钻遇CO₂气体, 个别井钻遇的CO₂体积分数高达90%以上, 这些CO₂气体直接驱替了早期油藏或影响了油气充注规模, 增加了勘探风险。运用钻井数据、地球化学分析数据、重磁研究结果, 通过分析CO₂分布特征, 总结CO₂分布与断裂、火成岩的关系, 明确CO₂分布的主控因素, 预测珠江口盆地高CO₂风险带的分布。研究表明: 珠江口盆地对油气成藏有影响的CO₂主要为无机幔源成因, 受区域盖层和储层的控制, CO₂主要分布在上渐新统到下中新统地层及以下地层, 向上CO₂逐渐减少, 同时无机幔源CO₂分布明显受控于断裂体系, 与基底断裂和火成岩体具有较好的对应关系。无机CO₂气源主要为幔源岩浆的脱气作用, 垂向运移主要受不同级别断裂控制, 尤其该区深大断裂和基底长期活动断裂起到了很大作用, 因此幔源岩浆活动与断裂体系是CO₂汇聚的主控因素。由于珠江口盆地不同凹陷结构差异的影响, 幔源CO₂运聚成藏机制可概括为两类: 一是在北部坳陷带, 地壳厚度大, CO₂沿着深大断裂逐级向中上地壳运移形成"中转站", 然后在基底断裂的沟通下向浅层运移成藏; 二是在珠二坳陷, 由于地壳减薄作用, 并且发育拆离体系, 幔源岩浆首先到达拆离面, 脱出的CO₂沿着拆离面运移, 当遇到深切至拆离面的断裂后继续向浅层运移成藏。基于以上分析并结合运聚条件预测出珠江口盆地分布着7个高CO₂风险带, 这7个高CO₂风险带均位于深大断裂带附近, 并且周边火成岩较为发育。      

超临界CO2增强热卤水开采模型研究

面对全球气候变化和能源紧缺的巨大压力,CO₂地质利用技术成为研究的焦点。为了实现CO₂减排及资源化利用,提出了利用超临界CO₂增强卤水提取和地热能开采的CO₂地质利用集成系统的概念。通过建立CO₂注入热卤水储层的质量平衡模型,分析了不同流量的卤水生产、CO₂注入以及储层边界流对储层变化的影响,初步评估了该系统的CO₂封存量、卤水提取量以及储层流体组成变化的时间尺度。研究表明,注入CO₂提供了热卤水层的压力维持,促进卤水和地热资源的可持续开采,对于江陵凹陷研究区9×108 m3的储层有效体积,注入9.95×106 t CO₂可提取17.12×106 t卤水,时间尺度超过30 a。对于50~1 000 kg/s的卤水生产速度,可以产生0.9~18.8 MW电力。同时,该技术增加了CO₂的封存容量和效率,有利于CO₂大规模安全封存,经济和环境效益显著。      

MODIS数据的云顶高度反演

云的辐射特性和它的高度影响到辐射的收支可以导致地球的变暖或变冷,在地球大气能量收支平衡中．云具有特别显著的调节作用,是影响气候变化的一个重要因子。云顶性质包括云顶气压、云顶温度和有效云量或有效比辐射率。很多方法被用来从多光谱资料中估计云参数,而CO₂薄片算法(截断法)则是使用被动遥感资料反演云顶性质的重要方法之一。利用15μmCO₂吸收带的几个吸收不同的MODIS红外波段,对于大气不同高度层次的不同敏感度,通过从地球大气系统的几个CO₂波段同时测量向上红外辐射,以及大气的温度和透射率廓线的基础上,可以推断出云顶气压。这项技术应用于HIRS资料上已经有20年的历史,而EOS系列地球环境卫星的升空,使EOS上搭载的MODIS探测器成为第一个拥有CO₂薄片波段的高空间分辨率探测器。本文依据CO₂薄片算法(截断法)的理论模型结合实例讨论算法的特点及不足,同时分析其误差以利改进。     

热液矿床中Pb的迁移和沉淀机制研究综述

岩浆结晶过程中,矿物-熔体相分离时,Pb优先进入熔体相,表现出不相容性;流体-熔体相分离时,Pb优先进入流体相;卤水-气相分离时,Pb优先进入卤水相; Pb在成矿过程中主要进入液相中进行迁移。氧化、偏酸性、富氯热液体系中,Pb主要以PbCl2-n_n(0≤n≤4)形式迁移,尤其在高于350℃的高温环境下,Pb的氯络合物起支配作用;中低温、贫氯、高还原硫的碱性热液中,Pb主要以硫氢络合物形式迁移;氧化、贫氯的强碱性(pH>7.5)热液中,Pb主要以羟基络合物形式迁移;贫Cl-且富CO₃2-和HCO-₃配体的中、低温弱碱性热液体系中,PbCO0₃、Pb(CO₃)2-₂络合物也很重要。NH₃、F-、Br-、S2-_x、NaPbCl0₃、NaPbCl₄-以及S₂O2-₃等潜在无机配体对Pb迁移成矿意义不大。某些有机配体,如羧酸、氨基酸、腐殖酸,在低温(＜200℃)条件下对Pb的运移成矿有重要作用,尤其羧酸比较重要。在成矿过程中,岩浆-热液成因的Pb Zn矿床通常经历了早期岩浆房去气、期后热液和晚期热液3个阶段。非岩浆热液成因的层控Pb Zn矿床流体主要为盆地卤水,矿化机制主要为构造挤压与重力的联合驱动,或者伸展背景下的海底热液对流。影响Pb沉淀富集的微观因素主要包括热液组成、温度、压力、pH值以及Eh值等。热液演化过程中,沸腾减压、围岩蚀变以及流体混合等地质作用促使上述微观物理化学因素发生显著变化,形成地球化学障,从而使得矿石矿物大量沉淀。